LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Пошкоджуваність та руйнування конструкційних матеріалів при складному малоцикловому навантаженні

додаткових напружень в середньому (стабілізованому) циклі при розтязі-стиску та крученні відповідно. Або

, (25)

де – інтенсивність додаткових напружень в середньому (стабілізованому) циклі,

; . (26)

Основним параметром викладеної вище моделі є функція , яка може бути описана наступним чином:

, (27)

де та – коефіцієнти, що знаходяться з граничних умов: та , – граничне значення інтенсивності пластичних деформацій при руйнуванні, – максимальне значення інтенсивності додаткових напружень .

При цьому, виходячи з гіпотези пропорційності та , можна записати

, (28)

де – значення істинних напружень в момент зародження макротріщини (в першому наближенні границя міцності), – критичне значення змінної пошкоджуваності. При цьому для матеріалу в стані зміцнення , а в стані знеміцнення .

Для матеріалу в стані циклічного зміцнення, при , що відповідає границі витривалості додаткові напруження в середньому циклі , а ширина петлі зменшується. За перші 10 – 20 циклів петля пластичного гістерезису стабілізується; таким чином, при (ширина петлі приймає максимальне значення), де визначається експериментально. Для матеріалу в стані циклічного знеміцнення при величина та при , що відповідає границі витривалості, . Таким чином, для випадку циклічного навантаження

, (29)

де константи , визначаються з вище викладених міркувань, – інтенсивність амплітудних напружень.

В якості критерію зародження макротріщини при квазістатичному, втомному та проміжному видах руйнування запропоновано використати відношення максимальної статичної енергії до сумарної накопленої циклічної енергії утворення мікродефектів

. (30)

Показано, що значення для пропорційного пружнопластичного навантаження близьке до константи (), а при непропорційному навантаженні є нелінійною величиною. Це пояснюється впливом скалярних та векторних властивостей конструкційного матеріалу на закономірності пружно-пластичного деформування, пошкоджуваність та граничний стан. Для умов складного навантаження запропоновано шукати в наступному вигляді:

(31)

де – параметр матеріалу, – параметр траєкторії навантаження (, табл.1), - границя міцності, - інтенсивність амплітудних напружень.

(32)


Як видно з табл.1 для траєкторій навантаження, при яких пошкоджуваність проявляється найбільш сильно – квадратній та круговій, параметр приймає максимальні значення. Це може бути пояснено тим, що при таких траєкторіях практично не відбувається розвантаження еквівалентного напруження та воно приймає значення близьке до свого максимуму.

Таким чином, запропонована узагальнена модель пошкоджуваності дозволяє здійснювати розрахунок довговічності конструкційних матеріалів при простому та складному навантаженні для умов малоциклової втоми.

У третьому розділі наведено опис модернізованої експериментальної установки типу УМЭ10ТМ, методика проведення та результати експериментальних досліджень.

Дослідження проводились на зразках, виготовлених в основному із сплаву Д16Т (який широко використовується в різних галузях машинобудівного комплексу) при статичному, малоцикловому навантаженні для випадків пропорційного та непропорційного навантаження в умовах плоского напруженого стану при дії осьової сили та крутного моменту. При цьому використані також експериментальні результати інших авторів по малоцикловій втомі широкого класу металічних конструкційних матеріалів. У випадку непропорційного навантаження була вибрана одна із форм циклу, при якій накопичення мікропошкоджень проявляється найбільш суттєво, а саме з навантаженням по траєкторії у вигляді квадрату. Визначалась границя пропорційності відповідно ГОСТ 1497-84 та ГОСТ 3565-80. У результаті експериментальних досліджень на базі сплаву Д16Т при було підтверджено задовільну кореляцію між собою додаткових напружень та (рис.3, а). Ці величини описують один і той же процес та прагнуть до одного й того ж граничного значення. Величина дає занижене значення додаткових напружень, а величина – завищене. Причому максимальне значення в матеріалі досягається при непропорційному навантаженні за квадратною траєкторією, мінімальне – в випадку чистого зсуву. Також встановлено, що енергії додаткових напружень та є нелінійними величинами та задовільно корелюють між собою (рис.3, б). При різних траєкторіях навантаження енергія додаткових напружень прямує до одного й того ж максимуму, тобто . Таким чином можна зробити висновок, що не залежить від виду напруженого стану. Це дозволяє використовувати її в якості міри пошкоджуваності матеріалу. Визначення додаткових напружень проводилось з урахуванням приросту границі пропорційності при протилежних знаках навантаження, а – при постійному знаку навантаження. Цим обумовлюється (рис.3) подвійне значення та енергії .

Для випадку малоциклової втоми при пропорційному навантаженні матеріал знаходиться в стані циклічного зміцнення, а у випадку складного непропорційного навантаження за квадратною траєкторією - знеміцнення (рис.4, а). Це пояснюється ефектом поперечного зміцнення, коли при однаковій амплітуді еквівалентних напружень та деформацій на перших декількох циклах відбувається зміцнення, а в подальшому знеміцнення матеріалу, а також впливом векторних властивостей матеріалу при непропорційному навантаженні. При циклічному навантаженні енергія додаткових напружень у стабілізованому циклі в залежності від кількості циклів до руйнування представлена на рис.4, б.

Також проведені експериментальні дослідження дозволили оцінити праву частину запропонованого критерію руйнування (30) на стадії зародження макротріщини (рис.5) та підтвердили нелінійний характер параметра при складному непропорційному виді навантаження. При чому можна бачити задовільну кореляцію залежності (31) із експериментальними даними.

Таким чином, згідно з викладеним вище даним підтверджується адекват-ність запропонованої моделі результатам експерименту.

У четвертому розділі розглянуті питання, пов'язані з визначенням кінетики накопи-чення мікропошкоджень, опи-сані векторні властивості мате-ріалу, проведено порівняння викладеної вище феномено-логічної моделі з деформаційно-кінетичним критерієм, критерієм мікронапружень та експериментом.

Кінетика накопичення мікропошкоджень (рис.6) при статичному та малоцикловому навантаженні може бути лінійною та нелінійною в залежності від виду матеріалу. Причому кривизна кривої при малоцикловому навантаженні значно більша, ніж при статичному. Це може бути пояснено зміною властивостей матеріалу та траєкторією навантаження при малоцикловій втомі. На перших 2-20 циклах відбувається інтенсивне