книги / Разрушение при малоцикловом нагружении

Рис. 3.9. Диаграммы изменения во времени температуры образца (а) и разности температур в переходной ei о части при статическом (б) и циклипеском (о) нагружении

(регистрируемое термопарами Ть—Г7) и на его переходных час­ тях (термопары Т8 и Г9) регистрировался отвод тепла (наличие градиента температур). Термопара f м» показапная на рис. 3.8, б,

регистрировала температуру разогрева экрана, который находил­ ся па некотором расстоянии от образца и служил для определения отводимого посредством излучения количества тепла, оказавшего­ ся пренебрежимо малым.

Как и в случае статического пагружения, прп циклическом упругопластическом деформировании имеет место выделение теп­ ловой энергии, величина которой может быть зарегистрирована по описанной выше методике. Одпако характер диаграммы изме­ нения градиента температур в переходной части образца при про­ хождении через нее теплового потока за п циклов имеет иной ха­ рактер (рис. 3.9, б), чем при статическом нагружении (рис. 3.9, а).

В этом случае площадь данной кривой будет характеризовать ве­ личину тепла, прошедшего через переходную часть образца за время т, в течение которого осуществлялся процесс циклического деформирования и проходила стадия стабилизации теплового ре­ жима после прекращения пагружения.

Рассмотреппая схема проведения эксперимента, обеспечиваю­ щая количествеппое определение всех величин, входящих в урав­ нения (3.19)—(3.21), позволяет в соответствии с зависимостями (3.16) и (3.17) установить полную величину тепловой энергии, выделяющейся в данном эксперименте при статическом или цик­ лическом упругопластическом деформировании.

Величина энергии Е , поглощенной материалом в процессе де­

формирования, определится как разность входящих в уравпепие (3.9) величип затраченной механической энергии А и выделив­ шейся тепловой энергии Q.

71

Таким образом, изложенная методика определения составляю­ щих баланса энергии деформирования позволяет достаточно кор­ ректно получить величину поглощенной и рассеянной в виде теп­ ла энергии для случаев статического и циклического нагруже-

3.3. Энергия статического и циклического упругопластического деформировапия и разрушения конструкционных материалов

Рассмотрение процесса деформирования материала на основе энер­ гетических представлений дает возможность записать уравпепие баланса составляющих затраченной механической энергии в виде [54, 55]

где Е — поглощенная материалом энергия, a Q — выделившаяся

тепловая энергия.

Для количественного определения составляющих энергии в уравнении (3.22) использовались различные методы, как это по­ казано в работах [54—57], однако в силу ряда причин они не позво­ ляли комплексно подойти к этому вопросу. Предложенный же в работе [58] метод дает возможность с высокой точностью при ста­ тическом или циклическом упругопластическом деформировании материала количественно определять мехапическую эпергию, затраченную на процесс деформирования, и тепловую энергию, выделившуюся во время этого процесса, а в связи с этим и их раз­ ность — величину энергии, поглощенной материалом.

С использованием указанного метода были проведены экспе­ рименты по статическому и циклическому упругопластическому деформированию цилиндрических образцов из стали 12Х2МФА (сг6 = 230 МПа, сгр = 405 МПа, ф = 73,5%) в условиях одноосного растяжения-сжатия. Для этой цели была использована модерни­ зированная испытательная установка УМЭ-10т [32], оснащенная вакуумной камерой [31]. Регистрация диаграмм деформировапия

Qz и поглощенной материалом Е приведены па рис. 3.10, б, из ко­

торого видно, что с увеличением (от этапа к этапу) деформации образца по закономерностям, близким к линейным, растет и вели-

72

чина составляющих Л2 и Qs , а также их разности Ет. При этом отношение A^/Qz па протяжении всего процесса деформирования

остается практически постоянным и составляет для данного слу­

•107 Дж/м3.

Вусловиях циклического нагружения эксперимент осуществ­ лялся в мягком режимё деформирования (с заданной амплитудой нагрузки) образца с амплитудой напряжений оа = 460 МПа (об­

разец разрушился после 137 циклов).

Характер изменения ширины петли гистерезиса (величины цик­

лической пластической деформации б) представлен на рис. 3.11, а,

из которого видно, что, оставаясь в первые циклы нагружения практически постоянной, в последующем велпчнпа возрастает. Увеличивается также и площадь петли гистерезиса, что соответ­ ствует увеличению затрачиваемой механической энергии Л.у в от­ дельных циклах нагружения (рис. 3.11, б). С ростом затрачивае­

мой в цикле механической энергии Лу увеличивается и доля теп­ ловой энергии в каждом цикле Q$, а также величина поглощепноп энергии E n , являющаяся разпостыо двух первых. Как вндио из рисунков, характер изменения QN и EN подобен изменению Лу, и с увеличением в циклах величины ЛN соответственно возрастают также QN и E N - Кривые изменения полной механической энергии

Л, затраченпой на процесс, циклического деформирования, а так­ же полной тепловой эпергии Лv, выделившейся при этом, и пол­ ной энергии Qz, поглощенной материалом, представлены на

73