LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Прогнозування швидкості росту втомних тріщин після одноразового перевантажування в алюмінієвих сплавах

коефіцієнтах перевантажування і асиметріях циклу навантаження.

Основним механізмом затримки РВТ після перевантажування в сплавах Д16чТ і Д16Т визначено залишкові напруження спереду вістря тріщини, а не процеси які відбуваються позаду вістря втомної тріщини.

Другий розділ присвячений розробці і опису методик дослідження швидкості РВТ при регулярному навантаженні і після одноразових перевантажувань розтягом, вибору матеріалу, типу зразка, режимів навантаження, формул для обчислення КІН, обладнання і програмного забезпечення для обробки результатів експерименту

Для дослідження швидкості РВТ використовували плоскі прямокутні зразки з центральною тріщиною, що моделюють фрагменти обшивки крила літака з отворами під заклепку, виготовлені з пластин алюмінієвих сплавів Д16чТ(=300МПа, =430МПа) і Д16Т(=255МПа, =390МПа), які широко використовуються в авіабудуванні для виготовлення несучих конструкцій, лонжеронів, стрінгерів, деталей фюзеляжу, панелей обшивки планерів літаків. На основі спектральних досліджень в роботі визначено хімічний склад сплавів.

Експериментальні дослідження проводили на сервогідравлічній випробувальна машина СТМ-100, виробництва АНТК імені О.К. Антонова. Керування випробувальною машиною і реєстрацію вимірювальних величин здійснювали програмно, з використанням IBM сумісного персонального комп'ютера. При випробуваннях контролювали зусилля(м'яке навантаження). Для підвищення жорсткості системи машина – зразок, при циклічному навантаженні розроблена конструкція затискачів, в якій виключені рухливі з'єднання з зазорами.

Довжину тріщини вимірювали на поверхні зразка, використовуючи систему змонтовану на базі промислової телевізійної установки ПТУ-44.

Швидкість РВТ за регулярного навантаження і після одноразових перевантажувань досліджували при частоті 10Гц, температурі Т=293К. Коефіцієнти асиметрії циклу навантаження R =0; 0,3; 0,5; 0,7, коефіцієнти перевантажування Qol=Pol/Pmax =1,4; 1,7; 2(Pol, Pmax - максимальні зусилля циклу перевантажування і регулярного навантаження) визначали на основі програмного аналізу випадкової послідовності зусиль на нижню кореневу частину крила транспортного літака АН-140, на етапі польоту. Випадкова послідовність зусиль 5000 польотів(типу "Twist") отримана на основі спектру навантажень АН-140.

У третьому розділі представлені результати дослідження швидкості РВТ при регулярному навантаженні і після одноразових перевантажувань, з врахуванням асиметрії циклу навантаження, запропоновані методики прогнозування мінімальної швидкості РВТ і визначення залишкових напружень в околі тріщини після одноразового перевантажування.

Швидкість РВТ при регулярному навантаженні в алюмінієвому сплаві Д16чТ досліджували за коефіцієнтів асиметрії R=0; 0,3; 0,5; 0,7, згідно запропонованої в розділі 2 методики. Експериментальні дані швидкості РВТ за визначених умов регулярного навантаження, в подвійних логарифмічних координатах V~K подані на рис.1.

Для аналітичного опису середньоамплітудних (рис.2) ділянок швидкості РВТ використали модифіковану модель Уокера, записану в наступному вигляді:

, (1)

де C0 =1,110-11 (м/цикл)/(МПа)n, n=3,58 -сталі швидкості РВТ визначені при R=0; CR - коефіцієнт, який залежить від R. m=0,6- коефіцієнт урізання рівня асиметрії циклу навантаження(Уокера), визначений за експериментальними даними при R=0; 0,3; 0,5. За асиметрії R=0,7 експериментальні дані задовільно узгоджуються з обчисленими за формулою (1) при m=0,65 (рис.2). Для подальших розрахунків коефіцієнт Уокера прийняли рівним m=0,6.

Швидкість РВТ при регулярному навантаженні в алюмінієвому сплаві Д16Т досліджували за асиметрії R=0,1. Аналітичне представлення середньоамплітудної ділянки КДВР (за формулою (1)) в логарифмічних координатах V~K приведено на рис.3. Сталі лівої частини формули Уокера (1), яка по суті є рівнянням Періса рівні: CR =3,4810-11(м/цикл)/(МПа)n, n=3,53.

В роботі досліджували вплив асиметрії циклу навантаження на порогову тріщиностійкість алюмінієвого сплаву Д16чТ. Визначено, що при збільшенні R розмах порогового КІН KTH зменшується. Для врахування впливу асиметрії на пороговий КІН (рис.4) використана формула запропонована М. Клеснілом і П. Лукашом:

, (2)

де =0,55 стала матеріалу, KTH0 =3,90 - розмах порогового КІН при .

При дослідженні впливу асиметрії циклу навантаження на критичний КІН Kfc (циклічна в'язкість руйнування) виявилось, що збільшення асиметрії циклу навантаження від 0 до 0,7 приводить до зростання Kfc в 1,2 рази (рис.5).

Досліджено вплив одноразових перевантажувань з Qol=1,4; 1,7; 2 на швидкість РВТ в межах середньоамплітудних ділянок КДВР за асиметрій циклу навантаження R=0; 0,3; 0,5; 0,7 в сплаві Д16чТ.

Відразу після одноразового перевантажування (рис.6) відбувається стрибкоподібне зростання швидкості РВТ, котре завершується в межах 30-100 циклів. Кількість циклів навантаження і приріст тріщини упродовж початкового прискорення РВТ є незначними в порівнянні із загальною кількістю циклів затримки і приростом тріщини після перевантажування. Після початкового прискорення РВТ спостерігається різкий спад швидкості РВТ до деякого мінімального значення Vmin. Період початкового прискорення і різкого спаду швидкості РВТ в літературі прийнято називати запізненням затримки РВТ(ділянка I(рис.6)). На ділянці ІІ швидкість РВТ поступово зростає від Vmin до значення швидкості РВТ при регулярному навантаженні(суцільна тонка крива (рис.6)). Аналогічна картина спостерігається і при інших значеннях Qol і R. Мінімальна швидкість РВТ Vmin після перевантажування є точкою перегину кривої стабілізації швидкості РВТ. Дослідження Vmin в залежності від параметрів при яких відбувається перевантажування (Qol, Kol, Kmax, R) є ключовим моментом для прогнозування РВТ після одноразового перевантажування.

Базуючись на результатах експериментальних досліджень можна зробити наступні висновки:

  • при зростанні коефіцієнта перевантажування Qol зменшується мінімальна швидкість РВТ (Vmin) після перевантажування. Ця закономірність зберігається при зростанні R від 0 до 0,7.

  • із зростанням R при деякому Qol =const i Kmax =const, значення Vmin зменшується, тобто ефект затримки швидкості РВТ після перевантажування підсилюється (рис.9). Таким чином, затримка РВТ після одноразового перевантажування контролюється двома параметрами навантаження Qol і R.

Отже для кількісного аналізу затримки РВТ необхідно враховувати коефіцієнт перевантажування Qol, коефіцієнт інтенсивності напружень Kmax, що безпосередньо передує перевантажуванню і асиметрію R, при якій відбувається стабілізація швидкості РВТ.

Розроблена методика прогнозування мінімальної швидкості РВТ після одноразового перевантажування. Для визначення Vmin в кожному випадку перевантажування розраховували максимальне зменшення швидкості РВТ V (рис.6) від значення, що безпосередньо передує перевантаженню V (ф-ла (1)) до мінімального (експериментально визначеного) значення:

(2)

Отримані значення V відкладали в координатах V ~Kmax, де Kmax - КІН, що передує перевантажуванню (рис.7). На рис.7 також зображено середньоамплітудну ділянку КДВР при R=0, побудовану за