Длительному малоцикловому

И ДЛИТЕЛЬНОМУ ЦИКЛИЧЕСКОМУ

Изучение сопротивления длительному циклическому деформированию [232, 242] показывает, что для случая циклического деформирования с выдержками под нагрузкой, т. е. при сочетании циклического деформирования и ползучести, можно сделать простейшее предположение о том, что внутри /с-го полуцикла для условий активного нагружения и температурной выдержки реологическое уравнение состояния может быть сведено, как и при циклическом нагружении с различными частотами, к уравнениям деформационной теории в форме гипотезы старения.

Записанное для наиболее общего случая уравнение (2.3.23), характеризующее сопротивление длительному циклическому деформированию, при наличии в цикле выдержки сохраняет свою структуру и для более простых типов нагружения. Так, если в &-м полуцикле нагружения нет выдержки и Ф3 (т) = 0, в уравнении удерживается только остаточная деформация, соответствующая активному нагружению.

Для получения необходимой информации о сопротивлении длительному циклическому нагружению конструкционного материала были проведены испытания на изгиб образцов, вырезанных из заготовки гофрированной оболочки компенсатора. Испытания выполнены на кулачковой испытательной машине, где образец огибался вокруг жесткого шаблона заданного радиуса.

Основные механические закономерности сопротивления материалов малоцикловому и длительному циклическому нагружению, а также деформационно-кинетический критерий малоциклового и длительного циклического разрушения необходимы для решения соответствующих задач определения кинетики деформированных состояний в зонах концентрации и оценки долговечности на стадии образования трещины. Полученные данные о сопротивлении циклическому деформированию и разрушению использованы для расчета малоцикловой усталости циклически нагружаемых конструкций. Применительно к сварным трубам большого диаметра магистральных газо- и нефтепроводов, волнистым компенсаторам и металлорукавам на основе их испытаний разработаны и экспериментально обоснованы методы расчета малоцикловой усталости при нормальных и высоких температурах.

Сопротивление малоцикловому и длительному циклическому изотермическому и неизотермическому деформированию..... 64

Второе направление в исследованиях сопротивления длительному циклическому нагружению отражено в [17 — 29]. В этих работах показано, что линейное суммирование малоцикловых dy и длительных статических ds повреждений, выраженных в относительных долговечностях, на стадии разрушения в зависимости от доли каждого из повреждений дает существенное отличие от единицы

Обобщение экспериментальных исследований [14, 15, 17] по влиянию времени выдержек на сопротивление длительному циклическому разрушению корпусной стали типа 18-8 при изотермическом (550—650° С) и неизотермическом (150 ?± 600° С) нагружении в диапазоне времени нагружения до 104, общего числа циклов до 10* и времени выдержки в цикле до 50 ч показало:

В связи с этими данными для инженерной оценки прочности и долговечности при длительном нагружении можно использовать приведенные выше уравнения (2.2), (2.3), (2.5), (2.6), (2.10) — (2.13), если в них характеристики кратковременных механических свойств о"ь, i)(, i5b заменить на характеристики длительной прочности 0вт и пластичности г)т, г)дт. Для аустенитных нержавеющих сталей, обладающих сравнительно низким отношением а^Дтв, расчет сопротивления длительному циклическому разрушению можно проводить на основе уравнений (2.2), (2.3), (2.10) и (2.11) с использованием характеристик одт и iv Для этих сталей накоплен значительный экспериментальный материал о характеристиках длительной прочности и длительной пластичности.

Методика уточненной оценки сопротивления длительному циклическому нагружению приведена в гл. 11.

Для получения необходимой информации о сопротивлении длительному циклическому нагружению конструкционного материала, используемой в расчете долговечности по критерию (8.24), были проведены испытания на изгиб образцов, вырезанных из заготовки гофрированной оболочки компенсатора [19].

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].

В процессе испытаний при длительном малоцикловом нагру-жении осуществляется сочетание процессов ползучести (релаксации) и накопления длительных статических повреждений, с одной стороны, и процессов циклического пластического деформирования и накопления усталостных повреждений, с другой, причем эти процессы могут влиять друг на друга. Поэтому изучение сопротивления длительному малоцикловому деформированию и разрушению (длительной малоцикловой прочности) должно основываться на закономерностях ползучести и длительной статической прочности и на закономерностях малоцикловой усталости и сводится к установлению закономерностей этого взаимного влияния.

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-

В связи с отсутствием четкой зависимости доли повреждений от механических свойств конструкционных материалов (корреляционных соотношений) необходимы прямые экспериментальные данные о характеристиках сопротивления длительному малоцикловому и неизотермическому деформированию для конкретных конструкционных материалов и режимов неизотермического нагружения.

В процессе проведения натурных или модельных испытаний в ряде случаев можно получить прямую информацию о деформациях и температурах в характерных зонах конструкции, определяющих сопротивление длительному малоцикловому и неизотермическому деформированию.

Более простым и достаточно точным для инженерных расчетов является метод, основанный на использовании интерполяционных зависимостей, связывающих коэффициенты концентрации напряжений и деформаций в упругой и неупругой областях деформирования. Этот метод имеет практическое значение, поскольку именно максимальные местные деформации в зонах концентрации определяют сопротивление длительному малоцикловому и неизотермическому нагружению.

Суммирование повреждений, расчет долговечности и назначение коэффициентов запасов. На основании данных о режимах термомеханического нагружения определяют циклические и односторонне накопленные деформации в максимально нагруженных зонах элементов конструкций, характеризующие сопротивление длительному малоцикловому и неизотермическому нагружению. Деформации устанавливают экспериментально или в результате решения соответствующей задачи применительно к эксплуатационным условиям рассчитываемой на прочность конструкции.

В связи с отсутствием четкой зависимости доли повреждений от механических свойств конструкционных материалов (корреляционных соотношений) необходимы прямые экспериментальные данные о характеристиках сопротивления длительному малоцикловому и неизотермическому деформированию для конкретных конструкционных материалов и режимов неизотермического нагружения.

В процессе проведения натурных или модельных испытаний в ряде случаев можно получить прямую информацию о деформациях и температурах в характерных зонах конструкции, определяющих сопротивление длительному малоцикловому и неизотермическому деформированию.

Суммирование повреждений, расчет долговечности и назначение коэффициентов запасов. На основании данных о режимах термомеханического нагружения определяют циклические и односторонне накопленные деформации в максимально нагруженных зонах элементов конструкций, характеризующие сопротивление длительному малоцикловому и неизотермическому нагружению. Деформации устанавливают экспериментально или в результате решения соответствующей задачи применительно к эксплуатационным условиям рассчитываемой на прочность конструкции.

В процессе проведения натурных или модельных испытаний в ряде случаев можно получить прямую информацию о деформациях и температурах в характерных зонах конструкции, определяющих сопротивление длительному малоцикловому и неизотермическому разрушению (см. гл. 3).