Вопрос 13. Суммирование повреждений при длительном статическом нагружении

Существует несколько теоретических гипотез, описывающих зависимость скорости пластической деформации от напряжений , деформации , времени и температуры :

1. Гипотеза течения, описывающая процесс ползучести зависимостью . Эта теория имеет некоторое подтверждение для высоких уровней надежности (рис.18, кривая 1).

2. Гипотеза линейного суммирования повреждений исходит из того, что существует зависимость , отображающая старение в чистом виде. Гипотеза линейного суммирования повреждений довольно хорошо подтверждается экспериментом при слабом или медленном изменениях напряжений в элементах конструкции в процессе работы.

3. Гипотеза нелинейного суммирования повреждений предполагает, что существует зависимость , которая устанавливает связь между напряжением , суммарной накопленной пластической деформацией и ее скоростью .

Существенным моментом в гипотезе нелинейного суммирования повреждений является так называемая наследственность или своеобразная память материала на остаточные деформации.

Вопрос 14. Механизм развития повреждаемости

Повреждение конструкции повторно-переменными нагрузками приводит к усталости их материала.

Усталость является сложным процессом накопления повреждений под действием повторно-переменных напряжений, приводящих к образованию трещин и разрушению конструкции. Возникновению магистральных усталостных трещин предшествуют микротрещины в местах концентрации дислокаций, плотность которых превышает критическую.

Усталостное, прогрессирующее во времени разрушение можно описать последовательностью случайных процессов:

• накопление первичных повреждений (скопление дислокаций);

• формирование микротрещин и слияния их в макротрещины;

• распространение магистральной усталостной трещины;

• статического долома.

Кинетика и механизм каждого из перечисленных процессов усталостного разрушения определяются комплексом внешних нагрузок, характером их изменения во времени и повреждаемостью самого материала.

Различают знакопеременность и повторяемость нагружения (рис.19). Большая часть АК работает при знакопеременном нагружении.

Рис.19. Типичные циклы повторно-переменного нагружения:

а – симметричный; б – пульсирующий; в – асимметричный знакопеременный;

г – асимметричный знакопостоянный

Опасность усталостного разрушения по сравнению с длительным статическим заключается:

– в более низком разрушающем напряжении (до половины статической прочности и ниже);

– в более резком влиянии на прочность конструктивных, технологических и коррозионных факторов.

Кривые усталости (кривые Велера) отражают зависимость усталостной долговечности от числа циклов N (рис.20). Они бывают двух типов: с выраженным горизонтальным участком (кривая 1) и монотонным снижением (кривая 2). Последнее характерно для многих сплавов и цветных металлов.

Рис.20. Кривые усталости металлов:

I – условный предел выносливости

Условным пределом выносливости считают наибольшее значение максимального напряжения цикла, не вызывающее разрушения практически при очень большом числе циклов. Склонность к образованию трещин у поврежденных повторно-переменными нагрузками элементов АК зависит (при фиксированном уровне напряжений) от макро- и микрогеометрии поверхности, от остаточной напряженности поверхности, от состояния макро- , микро- и субмикроструктуры материала. Существенного влияния на макро- и микрогеометрию поверхности элементов АК наработка оказать не может. Последние два фактора имеют прямое отношение к накоплению усталостных повреждений при работе. Процесс усталостной повреждаемости в целом поддается управлению. К управляющим факторам относят ряд конструктивных мер по увеличению поперечных сечений элементов, отстройку от резонансных частот колебаний, устранение конструктивных концентраторов напряжений. Положительно сказывается и совершенство технологического процесса изготовления.