книги / Разрушение при малоцикловом нагружении
..pdfРлс. 6.1. Схема деформаций и разрушешш при малоцикловом нагружении
[110]
Рлс. 6.2. Рабочая зона образца с подготовленной на нем исходной трещиной
ц и й размером г£0) (заштрихована наклонными лилиями); при этом края трещины (сплошные линии) у свободного конца получают
перемещения в направлении напряжений с(°>. Перемещение в вершине начальной трещины 6<°> (раскрытие трещины) при
этом составит |
6т°\ Деформации в вершине трещипы достигают |
|
максимальной |
величины вшах* Нагружение в пулевом пол уцикле |
|
сопровождается |
увеличением длины трещины на размер АИ°К |
|
В соответствии |
с |
этим перемещения i>Wи 6<°> являются следст |
вием не только упругопластических деформаций в вершипе тре щины, но и процесса разрушения в зоне с размером Д/(0).
При разгрузке образца и нагружении сжатием в первом полуцикле (к = 1) упругопластические деформации в вершине тре
щины уменьшаются до величины eSix, оставаясь деформациями
растяжения (еЩу < в£2«) ПРИ небольших нагрузках сжатии или переходя в деформации сжатия при больших нагрузках сжатия. Зопа пластичности в первом случае (заштрихована наклонными в Другую сторону лилиями) сокращается. При этом края трещипы сходятся, и перемещения у свободного края трещины и' получа
ются меньше, чем в первом полуцнкле (цР> •< i/°>); аналогичное соотношение выполняется и для раскрытия трещины (5Р> < 6<0)).
Всвязи с неравномерным распределением деформаций в нулевом
ипервом полуциклах края трещипы у ее вершины получают искривление.
В/с-полуцикле (рис. 6.1, в) при растягивающих напряжениях
°(к) = с<°>, когда прпращепие длины трещины А /М < /0, нома-
221
нальные е и местные <?mL |
упругопластические деформации, |
размер зопы пластичности |
и перемещения краев трещины |
г|ДО) п б(,'> оказываются больше, чем в первом полуцикле. После увеличения трещины па длину AZW края трещины у ее вершины сохраняют следы искривления от предыдущих циклов нагруже ния.
Таким образом, при исследовании (в деформационной поста новке) процессов разрушения в условиях высокотемпературного малоциклового нагружения для заданного числа полуциклов к и
времени т должны быть измерены и зарегистрированы следующие величины: сгМ, вп\ ^max* б(Л)» гМ и А1(к). Величипы а(к) н еР в процессе пагружения измеряются с помощью динамоме
тров и деформометров с датчиками сопротивления, деформации
«шах и перемещения vW и |
— с помощью сеток и |
рисок. При- |
ращеппя длин трещип AZW измеряются с помощью |
оптических |
|
средств и сеток, а размеры зон гт измеряются по следам пластиче ских деформаций. Схема сеток и рисок в зоне исходного надреза и трещины для образцов с длипой зопы разрушения до 20—30 мм показана на рис. 6.2. Квадратная сетка (преимущественно с шагом 0,1 мм) наносится непосредственно у вершины трещипы в зоне предполагаемого ее развития. На достаточном удалении от верши ны трещины расстояние между соседними парами сеток может быть увеличено до 0,5—2 мм. Перемещения краев надреза и трещип измеряются по рискам на расстояниях от вершины тре щины, равных 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1 мм и более. Указанная выше неравномерность шага сеток и рисок определяется градиептами деформаций в вершине трещины и длиной трещипы.
Все измерения в зоне трещип осуществляются с помощью опти ческих методов как паиболее точных и используемых обычио в ка честве эталонных.
Исследования распространения трещип проводили на труб чатых образцах с предварительно созданной трещиной (рис. 6.2). В образце с наружным диаметром 21 мм и толщиной степки 1,5 мм просверливается сквозное отверстие диаметром 1 мм. Затем элект роискровым методом делается надрез шириной 0,1 мм и длиной 1 мм па каждую сторону отверстия. После этого на усталостной машине в местах надреза выращивают трещины длиной 0,5 мм.
Для папесения сетки в зоне предварительно выращенной ус талостной трещины образец полируют, а затем по фропту ее буду щего роста наносится сетка с шагом от 0,020 до 0,10 мм в зависимо сти от удаления от вергаипы исходной трещины (см. рис. 6.2). Сетка наносится па приборе ПМТ-3, к которому изготовлено спе циальное устройство для нанесения сетки па цилиндрический об разец (рис. 6.3). Последний закрепляется в цептрах 1 и 2. Под вижный центр 2 установлен на подшипниковых шариках, разме щенных в прижимных планках 3 ив корпусе подвижного цептра.
Круговое вращение образца осуществляется с помощью самотормозящейся червячпой пары 4. Нанесепие сетки производится ал-
222
Рпс. 6.8. Зависимость характеристик деформирования и раз рушения от числа циклов нагружения для заданного уровня номинальных напряжений
В связи с тем что при высоких температурах частота нагру жения и форма цикла могут существенно влиять на сопротивление развитию трещины, указанные установки, как показано в разде ле 2, модернизированы для проведеппя па них программных испытаний, в том числе при двухчастотном нагружении [37—39], нагружении с временными выдержками [32] па экстремальных уровнях нагрузки в полуциклах (либо в одпом из пнх — в полуцикле растяжения и л и сжатия), при длительном статическом на гружении.
На рис. 6.8 представлены графики изменения перемещений и(к) и размаха перемещений ДиМ, величины раскрытия трещин 6(к) и ДбМ, размах ее раскрытия, размера пластической зоны
гт, деформаций в вершине трещины |
п размаха деформаций |
ввершине Дета*. Видно, что изменение указаппых характеристик
сувеличением числа циклов нагружепия на разных стадиях на гружения различно, что может быть объяснено, как будет показа но ниже, рядом причин, связанных с особенностями образования пластических зон п направлением развития трещин.
Для трубчатого образца, представленного па рис. 6.2, коэф фициент интенсивности напряжений может быть подсчитал по.
соответствующим зависимостям для плоского образца шириной Ъ
с центральной трещиной (где г — средпий диаметр цилиндриче ского образца) или для плоского образца с периодическими трещи нами (шаг расположения трещпп равен 2Ь = яг):
Д&1 = Дсгп /я ? / {1/Ь). |
(6 . 1) |
нагрузки: чем выше уровень напряжений, тем меньше этот период. При одних п тех же уровнях поминальных напряжений в случае наличия временной выдержки в полуциклах (рис. 6.10) наблюдает ся более медленное развитие во времени трещины: реверсирование нагрузки вызывает дополнительное повреждение материала во времени, хотя в поцикловом выражении число циклов до разруше ния оказывается бблыпим, чем при нагружении с временными вы держками.
6.3. Кинетика напряженного и деформированного состояния
ввершине трещины
всвязи с условиями высокотемпературного нагружения
Для конструкционных материалов, пластичность которых с ро стом температуры, как правило, возрастает, статическое, длитель ное статическое и малоцикловое нагружения характеризуются ярко выраженным развитием зон пластических деформаций в вер-
228
