Длительного деформирования

Механизмом называют совокупность взаимосвязанных звеньев, допускающую их относительное движение и предназначенную для неопределенно длительного циклического преобразования движения одного или нескольких (входных) звеньев в определенные движения остальных звеньев (выходных).

Далее рассмотрены закономерности малоциклового и длительного циклического разрушения.

Рассматриваемая гипотеза длительного циклического разрушения учитывает наличие зависимости располагаемой пластичности материала, получаемой в условиях длительных статических испытаний, от времени деформирования при высоких температурах. При этом тип испытания не должен оказывать существенного влияния на зависимость располагаемой пластичности от времени.

ты, причем в этом случае при оценке длительного циклического и длительного статического повреждений односторонне накопленная деформация и амплитуда циклической необратимой деформации должны рассматриваться с учетом деформации ползучести.

С использованием критериальных уравнений (1.2.8), (1.2.9) и параметрической зависимости (1.2.11) по данным о кинетике циклических и односторонних деформаций, а также длительной пластичности материала может быть оценена величина накопленного длительного циклического повреждения. На рис. 1.2.2, 1.2.5 и 1.2.10 приведены соответствующие значения D для сталей Х18Н9, Х18Н10Т и Х18Н9Т при испытаниях в условиях мягкого нагружения с выдержками, причем расчет (на рис. 1.2.10, точки 1) •с использованием параметрической зависимости (1.2.11) дает результаты, близкие к экспериментальным.

Распространенным является построение зависимости пластической деформации от числа циклов нагружения до разрушения (появление макротрещины). При этом в связи с выраженной по-цикловой кинетикой напряжений и деформаций необходимо рассмотреть, какие значения пластических деформаций можно использовать для интерпретации условий длительного циклического разрушения.

Отмеченное показывает, что существует ряд предложений по методам оценки длительной циклической прочности, причем развиваемые в Институте машиноведения деформационно-кинетические критерии охватывают наиболее общий случай нагружения яри наличии как знакопеременных, так и односторонне накапливаемых деформаций, приводящих к усталостному, квазистатическому и переходному характеру длительного циклического разрушения. Полученные в ГосНИИмашиноведения и ряде других организаций экспериментальные данные для различных условий нагружения на основных типах конструкционных материалов специального энергетического аппаратостроения в диапазоне ра бочих температур во всех случаях без исключения показали достаточное соответствие расчетам по критериальным зависимостям (1.2.8), (1.2.9). ,

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.

Указанных типов испытаний оказывается достаточно для установления основных закономерностей циклического упругопласти-ческого, длительного циклического и неизотермического деформирования.

На рис. 2.3.9 приведена схема кривых длительного циклического деформирования для (k — 1) и k-то полуцикла при наличии выдержек, основанная на изложенной выше простейшей модели. Здесь предполагается существование обобщенной диаграммы длительного циклического деформирования, аналогичной диаграмме циклического деформирования при нормальной температуре [63, 235]. Будем считать, что на участке активного нагружения и ползучести текущие значения необратимой деформации eW на некотором уровне напряжений а равны значениям полных необратимых деформаций на этом уровне напряжений. На рис. 2.3.9 зона разгрузки в полуцикле (k — 1) соответствует напряжениям а <С <С o"min, зона нагружения — напряжениям S ^> 0min. ЛИНИЯ 1 относится к кривой мгновенного нагружения, т. е. нагружения со скоростью, когда временные эффекты не могут проявиться. Линия 2 — кривая активного нагружения, а линия 3 — огибающая, проходящая через значения необратимой деформации в циклах нагружения с выдержкой. длительности т.

На основании уравнения (2.3.19) и предположения о существовании обобщенной кривой длительного циклического деформирования можно записать уравнение для текущей необратимой

Ползучесть (диффузионная пластичность). При приложении к металлу напряжений и температурного поля происходит направленная диффузия атомов вдоль действующих напряжений и на границах зерен, что приводит к пластической Деформации металла и его разрушению. Процесс длительного деформирования металла при действии на него постоянного напряжения и температуры называется ползучестью. Процесс ползучести в ряде случаев может протекать очень долго (до 105 ч).

При длительных циклических испытаниях существенно воспроизведение при испытаниях сочетания различных условий циклического и длительного деформирования и повреждения, обеспечивающее проявление тех или иных особенностей поведения при повышенных температурах. Эксперимент должен быть поставлен таким образом, чтобы по возможности дозировать (в том числе выделить или сделать преобладающими) основные факторы, влияющие на сопротивление длительному малоцикловому деформированию и разрушению. При этом диапазон температур испытаний должен быть достаточно большим, чтобы охватить область срав-

Возможны обоснованные упрощения зависимости (3.12). Например, при анализе НДС гофрированной оболочки сильфонного компенсатора эффективно применение обобщенного принципа Мазинга [ 20 ] , при этом уравнение диаграммы длительного деформирования при S (*) > a (k - 1 ' принимает вид

Возможны обоснованные упрощения зависимости (3.12). Например, при анализе НДС гофрированной оболочки сильфонного компенсатора эффективно применение обобщенного принципа Мазинга [ 20 ] , при этом уравнение диаграммы длительного деформирования при a (* ~ l J принимает вид

Линия 8 = гп для процессов начального нагружения представляет другую границу: кривые длительного деформирования (ползучесть, релаксация и др.) не могут ее пересечь, поскольку достижение точкой состояния этой линии означает, что скорость ползучести стала практически равной нулю. Напряжения во всех под-элементах при этом не превышают их пределов ползучести. Как и граница С = С0, данное ограничение условно, оно отвечает принятому допуску на скорость ползучести, при которой накопленная деформация полагается несущественной.

ъ> Т). Теперь легко находятся касательный модуль /С (СА) и отношение ссд — ОА1ОА', а отсюда и 6Л = аЛ/-ь. Таким образом, получены два значения для определения одной точки на кривой Ф (8) при данной температуре. Изменяя положение точки А, можно с помощью уравнения (3.40) охватить диапазон изменения рео-логической функции, отвечающей интервалу гл < г < гъ (ё, Т). Заметим, что вместо кривой первой фазы ползучести (при г = const) для определения реологической функции могут быть использованы результаты испытаний на релаксацию (е = const) либо данные промежуточного процесса длительного деформирования, реализованного при некотором значении параметра жесткости /.

2. При повторно-переменном нагружении закономерности как быстрого, так и длительного деформирования полностью определяются параметрами rv, BV, 9V последней поворотной точки и текущими значениями температуры и скорости деформирования (либо, при длительном деформирова-Рис. 3.39 нии, —статико-кинематически-

и температурой. Фактически при постоянных значениях этих параметров скорость ползучести непрерывно падает, правда, медленно; ее рост на последнем этапе длительного деформирования связан уже с развитием процесса разрушения. Существование участка с практически постоянной скоростью фактически отражает своеобразное динамическое равновесие — баланс процессов упрочнения и разупрочнения в связи с разрушением [50].

К сожалению, кусочно-постоянная аппроксимация функцииD( 0), принятая вынужденно (вследствие отсутствия пока необходимых экспериментальных данных), несколько снижает возможность анализа на основе предлагаемого подхода. В частности, это касается отражения влияния конкретных статико-кинематических условий, определяющих жесткость (J = —da/de) процесса длительного деформирования. Однако в целом удовлетворительное соответствие с данными приведенных испытаний подтверждает перспективность предложенных уравнений в смысле их использования при постановке испытаний на малоцикловую усталость и интерпретации получаемых результатов.

Заканчивая рассмотрение закономерностей поведения неупругих конструкций, целесообразно обратить внимание на общность причин, порождающих внешне разнообразные их особенности, такие, как нестационарная ползучесть, эффект Баушингера (для конструкции), взаимное влияние процессов быстрого (активного) и длительного деформирования и т. д. Такие эффекты в идеально вязких (или идеально пластических) конструкциях могут существовать лишь при наличии избыточных связей, приводящих к возникновению самоуравновешенных усилий, т. е. тогда, когда самоуравновешенное подпространство Y не является пустым. В статически определимой идеально вязкой конструкции указанные эффекты невозможны: