Длительное воздействие

3.1. Длительное статическое нагружение.

Воздушные суда гражданской авиации в процессе каждого полета испытывают не только изменяющиеся по частотному составу нагрузки. Длительное статическое нагружение элементов конструкции ВС с неизменным по уровню воздействием происходит на этапе крейсерского полета. Применительно к алюминиевым сплавам, которые воплощены в конструкции планера и крыльях В С, длительная выдержка под нагрузкой имеет место в течение длительных этапов полета в спокойной атмосфере.

Марка сплава Температура испытания, 3 =я ё2 i Длительное статическое растяжение в зоне излома s Время до разрушения , ч

/ — усталостное разрушение; 2 — длительное статическое разрушение; 3 — однократное

Характер разрушения в ряде случаев зависит от последовательности приложения нагрузок. Так, на стали 12Х18Н10Т было показано [65], что при последовательном нагружении: термоцик-лирование (600°^ЗООС) плюс длительное статическое растяжение (600°С) или при тех же температурных режимах: длительное статическое нагружение плюс термоциклирование, а также попеременное приложение термоциклического и статического напряжения — разрушение всегда проходило по границам зерен, в то время как при «чистых» испытаниях на тех же температурных режимах возможно было смешанное, а при высоких уровнях нагрузки — внутризеренное разрушение.

Весь объем полученных по схемам нагружения (рис. 1.2.1, а — г) экспериментальных данных обработан в терминах уравнений (1.2.8) и (1.2.9). Предельное состояние определяется при этом накопленным повреждением (рис. 1.2.2, а, точки 2). Разброс данных укладывается в достаточно узком диапазоне повреждений от 0,7 до 1,4. На рис. 1.2.2, а кроме того показана кинетика накопления повреждений для случаев, когда сопоставимы циклическое и длительное статическое повреждения и когда одно из них превалирует. Разрушение (образование макротрещины) наступает при достижении накопленным (суммарным) повреждением предельной величины.

Примечание, df — длительное статическое повреждение во временном выражении

ния и сопротивление термоусталостному разрушению, может приводить, особенно при наличии в диапазоне температур испытания «провалов» механических свойств, к существенному отличию в характере (усталостное, длительное статическое) и месте образования термоусталостного разрушения.

На рис. 50 .приведены результаты испытания сплава ЖС6У, выплавленного методом направленной кристаллизации. Эти .данные показывают, что продольно ориентированная структура более долговечна, особенно при Ае>1%. Этот эффект проявляется в большей степени при наличии выдержки на максимальной температуре. В этих условиях в материале накапливается длительное статическое повреждение, а влияние ориентации зерен особенно сказывается на характеристиках длительной прочности. Сопротивление термической усталости образцов с поперечной ориентацией зерен в 1,5—2 раза меньше, чем у образцов с продольной ориентацией. Такое же увеличение долговечности отмечено при испытании сплава Маг-М200, выплавленного методом направленной кристаллизации и испытанного при fmax= = 1230° С [65].

усталостному. В соответствии с этим, при таком нагружении с ро стом температуры происходит переход от преобладающей роли усталостного повреждения к длительному статическому, и только в некотором интервале температур их роль сопоставима. В качестве примера на рис. 7 приведена температурная зависимость разрушающего числа циклов при малоцикловом нагружении с частотой 18 циклов/мин для кобальтового сплава [8], чувствительного к тем-пературно-временным влияниям. На графике нанесены кривые, определяющие разрушение усталостное по уравнению типа (4) и разрушение длительное статическое по уравнению типа (6) с пересчетом на число циклов согласно зависимости Nv = TPV. При температурах до 600° С определяющим оказывается усталостное разрушение (участок /), для температур выше 650° С — длительное статическое (участок ///), т. е. область взаимодействия повреждений двух типов (участок //) ограничивается в данном случае 50°. Об ограниченности области такого взаимодействия свидетельствуют и другие данные.

жения формы цикла при термоциклическом нагружении предложено также использование суммирования в степенной форме статического и усталостного повреждения при циклическом без выдержек (пилообразная форма цикла) термоусталостном нагружении [22]. На рис. 10, а показана соответствующая схема разделения нагружения на длительное статическое, при максимальной температуре цикла, с напряжением аэкв = / (а0, ак) (определенным как эквивалентное по накопленному повреждению в процессе релаксации от а0 до ак) при выдержках и непрерывно циклически меняющимся с амплитудой а0 от повторного неизотермического нагружения. При накопленном числе циклов NH и длительности выдержек Ат общая длительность статического нагружения тн —

Длительное воздействие на металл повторно-переменных напряжений может вызвать образование трещин и разрушение даже при напряжениях ниже а0)2.

Окружающая среда. Не только основные компоненты атмосферного воздуха — кислород и азот, но и примеси влаги, сернистого газа и др. влияют на свойства металлов при испытании, изготовлении и эксплуатации; исследования в инертных газах и вакууме также могут оказать влияние на получаемые результаты. Это наблюдается не только при высокотемпературных испытаниях, но и при обычной температуре, если имеет место длительное воздействие окружающей среды.

Для неохлаждаемых ВТП применяют термостойкие материалы: каркасы из радиочастотной корундовой керамики и провода в стеклянной изоляции или с теплоизоляционными и антикоррозионными покрытиями (типов ПМС, ПЭСК, ПНЭТ, ПЭТВ). Эти материалы выдерживают длительное воздействие температуры до 500 °С и более, сочетают высокую механическую прочность с хорошими электроизоляционными свойствами.

Помимо перечисленных элементов конструкции и материалов имеет место длительное воздействие во время стоянки воздушного судна на стойки шасси. Стойки изготавливают из титановых сплавов, средне- и высокопрочных сталей. Поэтому для указанной группы материалов проблема влияния формы цикла нагружения на скорость роста усталостных трещин является также актуальной.

лом лопатки испытывал более длительное воздействие горячих газов двигателя.

1 № С96301023, лопатка № 42 2938/444 68 7х 1,8 352-415 Длительное воздействие на лопатку повышенных рабочих температур

Длительное воздействие шума большой интенсивности приводит к паталогическому состоянию слухового органа, к его утомлению. Ухо человека, являясь чрезвычайно чувствительным «измерительным» инструментом, реагирует на весьма малые изменения силы звука. Еще в 1860 г. Фехнером было показано, что между величиной раздражителя / и приростом раздражения А/ существует зависимость

среднесуточной допустимой концентрацией, длительное воздействие которой не вызывает необратимых последствий для здоровья человека;

Влияние влажности на прочность однонаправленных композитов было исследовано частично в целях их приложения к морским конструкциям. Фрид [26] отметил, что в испытаниях при комнатной температуре длительное воздействие воды не оказало заметного влияния на прочность стеклопластиков. У некоторых композитов отмечалось даже увеличение прочности.

циклов с использованием соответственно пересчитанных механических характеристик материала. Предположим, что рассматриваемый слоистый композит содержит начальную поперечную сквозную трещину длиной 2а. Тогда первые несколько циклов нагруже-ния при заданных отношениях напряжений и амплитуды максимального напряжения не приведут к существенным изменениям напряженного состояния у кончика трещины. Последующее длительное воздействие циклической нагрузки вызовет изменения в матрице, волокнах и поверхности раздела. Этот процесс описывается уравнениями (2.6), (2.7). Наступает момент, когда характеристики жесткости и прочности композита изменяются настолько, что появляется возможность распространения трещины в направлении нагружения, как показано на рис. 2.27. Вначале рост трещины устойчив — это было показано ранее. Следовательно, геометрия образовавшейся трещины такова, что материал еще может безопасно подвергаться дальнейшему нагружению. При этом продолжается уменьшение модулей упругости и прочности, что, вероятно, вызывает ускорение роста трещины. В конечном итоге после многократного повторения циклов нагружения свойства материала ухудшаются настолько, что при амплитудном значении напряжения трещина прорастает катастрофически и наступает усталостное разрушение. Однако следует иметь в виду, что в результате действия механизмов, тормозящих разрушение, как в случае слоистого композита со схемой армирования [0°/90°]s, усталостное испытание может закончиться разрушением образца вследствие падения его прочностных свойств. В процессе усталостного нагружения могут, кроме указанного, проявиться и другие механизмы разрушения, такие, как разрушение волокон в окрестности кончика трещины из-за высокой концентрации напряжений. За этим может последовать распространение поперечной трещины, как показано на рис. 2.31, или межслойное разрушение (расслоение) вблизи надреза (рис. 2.16), или вдоль свободных кромок образца (рис. 2.17). В любом из этих случаев развитие процесса разрушения поддается предсказанию. Получив количественную оценку протяженности области разрушения (определяемой как а или а), можно установить соотношения da/dN или da/dN и сравнить их с экспериментальными данными.

Пороговая концентрация запаха для NO2 составляет около 225 мкг/м3. Чересчур длительное воздействие NO2 при концентрации порядка 150 мкг/м3 приводит к стесненности дыхания и воспалению бронхов; повышается частота респираторных заболеваний.