Диаграмма деформации

На рис. 5.6, б, показана расчетная диаграмма циклического разрушения, которая определяется значением KI = 0,8Kjc, где KIC - характеристика статической трещиностойкости по напряжениям.

Эффект закрытия трещины свидетельствует о несоответствии условий деформирования материала у кончика трещины условиям внешнего воздействия (см. рис. 3.6). При простом одноосном растяжении плоской пластины в вершине трещины первоначально раскрытие возрастает едва заметно. И только после достижения напряжения раскрытия берегов трещины начинается нелинейный процесс накопления повреждений из-за пластической деформации материала. Переход к нисходящей ветви нагрузки во втором полуцикле нагружения приводит к обратному течению материала в условиях его сжатия до достижения напряжения закрытия берегов трещины. Дальнейшее снижение внешней нагрузки не сопровождается перемещением берегов трещины. Важно подчеркнуть, что внешнее воздействие в цикле нагружения на масштабном макроскопическом уровне является упругим. Диаграмма циклического растяжения всего образца, вне вершины трещины, является "упругой". Именно этим объясняется макроскопически хрупкий характер распространения длинных усталостных трещин.

Диаграмма циклического деформирования — зависимость между напряжениями и деформациями при циклическом деформировании.

Обобщенная диаграмма циклического деформирования отражает зависимость между напряжениями и деформациями в каждом отдельном полуцикле нагружения. Диаграмма рассматривается в координатах S — е, начало которых совмещается с точкой разгрузки в данном нолуцикле. Основное свойство обобщенной диаграммы заключается в том, что как для жесткого и мягкого, так и для промежуточного между мягким и жестким нагруженном все конечные и текущие точки диаграмм деформирования &-го полуцикла нагружения, полученные при различных уровнях исходных деформаций, укладываются на одну и ту же для данного полуцикла нагружения кривую (рис. 2.1.1, 2.1.2, а).

Обобщенная диаграмма циклического упругопластического деформирования может быть выражена аналитически. Рассматривая диаграмму в относительных координатах, когда все напряжения и деформации отнесены к напряжению и деформации предела пропорциональности в исходном нагружении соответственно (5 = S/aT, а — . сг/сгт, ё = е/ег, ё = е/ет) и т. п., зависимость может быть выражена:

В настоящее время имеется ряд предложений по описанию закономерностей изменения диаграмм деформирования металлов и сплавов в условиях циклического упругопластического нагру-жения. Более широко известными, наряду с развиваемой в Институте машиноведения концепцией обобщенной диаграммы циклического деформирования [62, 63, 235], являются выражения диаграмм циклического деформирования в форме обобщенного принципа Мазинга [139] и циклической диаграммы [286]. Если обобщенная диаграмма циклического деформирования является экспериментально обоснованной, то вторые два предложения с этой точки зрения обследованы недостаточно и особенности их использования для описания диаграмм циклического деформирования реальных конструкционных материалов не выявлены.

Основные особенности циклического упругопластического на-гружения, которые должна отражать диаграмма циклического деформирования, заключаются в следующем: 1) циклическое упрочнение, разупрочнение, стабилизация; 2) эффект Баушингера в исходном цикле нагружения и его изменение в процессе повторных нагружений; 3) циклическая анизотропия свойств материалов.

В последние годы в работах ряда зарубежных авторов используется диаграмма циклического деформирования, особенности кото-

рой наиболее четко сформулированы в работе [286]. Предполагается, что в процессе повторного нагружения материал становится циклически стабильным, причем петля гистерезиса, сопровождающая процесс циклического нагружения, оказывается кососим-метричной относительно координат о" — е. Диаграмма циклического деформирования в соответствии с [286] представляет собой кривую, проходящую через вершину петель гистерезиса и в пределах упругости совпадающую с линейным участком диаграммы исходного нагружения (рис. 2.2.1, а).

Таким образом, при повышенных и высоких температурах обобщенная диаграмма циклического упругопластического деформирования описывается зависимостью, аналогичной уравнению обобщенной диаграммы при нормальных температурах:

Обобщенная диаграмма циклического деформирования выражается в этом случае уравнением

I) § ,'5 было показано, -что локальный критерий Кринка сия-;um с характ(>ристнк()й сингулярности поля напряжений пли деформации it окрестности п.-рпгнпы трещины. 1> упругом случае, как отмечалось, такой характеристикой служит коэффициент пн-тснсивпистн папряжгпып. Пч'а характеристика (или критерий) дол.кна быть одннакоиой •', предельном состоянии при переходе от одной детали (со cuoei-i c.MCMoit нагру;кепия) к другой детали из того же материала (с другой схемой пагружения). Этому сной-стну лнолне удоилетворяет коэффициент иптенсинносги напря жепий при идеально хрупком /разрушении. В случае лее развитых, пластических деформаций т! части нетто-ссчепия инвариантными характеристиками могут служить коэффициенты при снп-гулярпых членах л выражениях напряжений или деформаций. Т> частности, оказывается, что если диаграмма деформации материала может быть представлена г: лиде степенной зависимости

чается Kic, поскольку разрушение осуществляется здесь по первому виду деформаций — путем отрыва (рис. 2.1), а диаграмма деформации в координатах «сила Р — смещение У» практически треугольной формы (рис. 17.2, диаграмма 1). При этом расчет К1с ведется по максимальной силе Рс, и его значение уже значительно ближе к получаемому из чисто упругой задачи, поскольку пластически деформи-

Диаграмма деформации аппроксимирована соотношением (сталь 12Х2МФА, от = 637 Н/мм2)

Диаграмма деформации композита 53 Диборид титана, волокно 28 Дисконтинуум химический 46—48 Диффузии механизмы, экспериментальное исследование 29 Диффузионная сварка 32'—34 Диффузия, замедление при обменной реакции 97

Первый вид разрушения называется однократным, а второй —множественным. Кривые деформации о — е композиций, разрушающихся по этим двум механизмам, будут различными. При однократном разрушении диаграмма деформации имеет лишь линейную стадию с модулем упругости

Рис. 4. Диаграмма деформации алюминия промышленной чистоты (1100) при температуре 1,94 К. Изменение емкости на 0,015 пф соответствует удлинению на 0,0075 мм

Рис 11. Диаграмма деформации чугуна: а — чугун с пластинчатым графитом (растяжение и сжатие); б—сравнение серого чугуна со сталью и высокопрочным чугуном (растяжение). Знак ( + )—деформация растяжения; (—) — деформация сжатия

Рис. 5. Диаграмма деформации ковкого чугуна [5]

Диаграмма деформации — напряжения машины, не выдерживающей нагрузок без замены конструктивных или возобновления неконструктивных элементов, будет иметь ступенчатый характер (рис. 55, а); каждая ступень на диаграмме будет означать, что в точке а\ предел пропорциональности от нарушен и пропорциональность восстанавливается снова

Если считать, что аморфные металлы представляют собой материалы, не испытывающие деформационного упрочнения, а деформация и разрушение происходят так, как показано на рис. 8Д6, то естественно, что пластическое удлинение должно быть крайне мало. Проверка этого предположения требует использования разрывных машин,' имеющих высокую жесткость. На рис. 8.9 приведена диаграмма деформации аморфного сплава PdgoSiso, полученная на испытательной машине

Рис. 8.9. Диаграмма деформации аморфного сплава PdsoSiac, полученная на испытательной машине с высокой жесткостью