Начальный этап развития усталостной трещины в оценках ресурса элемента конструкций

• Автор: Гаврильева, Татьяна Федоровна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Результаты исследований развития усталостных трещин в конструкционных сталях
1.1. Анализ основных закономерностей усталостного разрушения сталей
1.2. Методы экспериментальных исследований усталости
1.3. Влияние частоты нагружения на предел выносливости и пороговый коэффициент интенсивности напряжений
Глава 2. Расчетно-экспериментальная оценка периодов зарождения и распространения усталостной макротрещины
2.1. Электродинамическая установка для исследования развития усталостных трещин
2.2. Напряженно-деформированное состояние в окрестности концентратора напряжений прямоугольных образцов из стали 09Г2С
2.3. Методика измерения амплитуды колебаний нагружающего устройства
2.4. Фрактографический анализ образцов
2.5. Оценка отдельных периодов усталостной трещины по изменению частоты собственных колебаний образца
Глава 3. Накопление повреждений по оценкам этапов зарождения и роста усталостной трещины
3.1. Кривые усталости
3.2. Расчет рассеянной повреждаемости по модели пластической зоны гр
3.3. Количественная оценка рассеянной повреждаемости по модели зоны предразрушения d
3.4. Поврежденность для этапа распространения усталостной трещины
Глава 4. Расчет периода зарождения макротрещины для элементов конструкций и технических систем
4.1. Период возможного зарождения макротрещины размером d на участке магистрального газопровода Мастах-Якутск
4.2. Расчет периода зарождения макротрещины в лопатке ГТУ-1 ГРЭС г. Якутска
Основные выводы
Литература
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Проблема усталостной прочности элементов машин, приборов и аппаратов является традиционной, но за последние годы она приобрела особое значение в связи с требованиями конкурентоспособности на мировом рынке продукции энергетического и химического машиностроения, авиа-космических отраслей техники и др. Становятся актуальными попытки оценки долговечности конструкций, работающих в условиях нестационарных силовых и температурных режимов нагружения, при которых имеется высокая вероятность развития усталостного разрушения. В первую очередь, это процессы статической усталости, возникающие в результате выдержки конструкционных элементов во времени под действием нагрузок; мало- и многоцикловой усталости, связанные с циклическим нагружением; процессы поверхностных разрушений при действии напряжений и агрессивных сред. В условиях реальной эксплуатации конструкции испытывают и другие, комбинированные воздействия. Усталостному разрушению подвержены не только традиционные металлические, но и различные другие материалы такие, как полимеры, керамика, стекло, композиты и др.
Физические процессы, обусловливающие развитие усталостных повреждений, весьма сложны, и существующие сегодня способы их описания недостаточны для использования в прочностных расчетах. Поэтому в настоящее время для разработки методов расчета на прочность при переменных напряжениях в элементах конструкций, применяют различные феноменологические зависимости, получаемые с использованием большого объема экспериментальных данных. Основные недостатки такого подхода связаны с трудоемкостью усталостных испытаний, особенно, когда ведется исследование многоцикловой усталости, соответствующей наработке в сотни тысяч и миллионов циклов нагрузки, с попытками учета многообразия факторов, существен-

Основной характеристикой циклической трещиностойкости материала является диаграмма усталостного разрушения (рис. 1.14) в координатах: скорость развития усталостной трещины V = dl/dN
(мм/цикл); размах коэффициента интенсивности напряжений А К = К,„ах - K,,in ( МПа/ 4м), которая представляется S - образной кривой, имеющая три характерные зоны. Границы этих зон могут изменяться в зависимости от типа металла, размеров образцов, окружающих условий и других факторов.
Линейный участок в зоне 2 описывается уравнением Пэриса:

= С(АК)п (1)

где Сип- постоянные материала и условий нагружения.
В области 1 кривая стремится к вертикальной асимптоте, отсекающей на оси абсцисс отрезок, соответствующий д Кл - порогу развития усталостных трещин, ниже которого трещина не растет. В области 3 диаграмма также стремится к вертикальной асимптоте, отсекающей на оси абсцисс отрезок А К/с, выше которого трещина теряет устойчивость и начинает спонтанно развиваться.
Пороговый коэффициент К1Н определяется по предельной нагрузке, ниже которой макротрещина не растет. Метод прямого экспериментального определения порогового коэффициента интенсивности напряжений (КИН) для нагрузки, при которой трещина останавливается или сдвигается, в связи с большим рассеянием данных и необходимостью многократного повторения опыта практически применяется редко [134]. Наиболее распространены способы определения Кл по нижнему участку диаграммы. Обычно «истинный» пороговый КИН находят по асимптоте геометрической интерполяцией соответствующего уравнения скорости роста усталостной трещины [112]. Условный