- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •1.1. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
- •впрО&%
- •1.3. СХЕМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА НЕРЕГУЛЯРНОГО НАГРУЖЕНИЯ
- •Результаты экспериментов и расчетная оценка долговечности при малоцикловом нерегулярном нагружении
- •Долговечность образцов с отверстием при нерегулярном нагружении
- •5.3.1. Развитие поверхностных трещин в условиях регулярного циклического растяжения
- •Результаты тензометрирования образца А-1-1
- •6.2.1. Приближенный способ построения весовой функции
- •Поправочные коэффициенты для поверхностной трещины
- •Расчетная долговечность на стадии роста усталостной трещины
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- •Усталостная прочность металлов и долговечность элементов конструкций при нерегулярном нагружении высокого уровня
Таблица 4.1
Долговечность образцов с отверстием при нерегулярном нагружении
№ |
Условия нагружения образцов с отверстиями |
К |
Np |
||||
|
|
|
|
|
|
VVP |
|
1 |
Симметричное нагружение; стн = |
190 МПа; |
1900 |
1119 |
|||
|
сплав В95 |
|
|
|
|
|
|
2 |
Асимметричное |
нагружение; |
сплав |
В95; |
450 |
518 |
|
|
стн =380 / 0 МПа |
|
|
|
|
|
|
3 |
Асимметричное |
нагружение; |
сплав |
В95; |
800 |
792 |
|
|
ан =280 / -100 МПа |
|
|
|
|
|
|
4 |
Перегрузка в исходном нагружении; сплав |
630 |
927 |
||||
|
В95; ст„ах(1) = 190 МПа; он =190 МПа |
|
|
|
|||
5 Двухступенчатое |
нагружение; |
сплав |
В95 |
450 |
431 |
||
|
стк1)=190 МПа (N = 300); <J(H2)= 240 МПа |
|
|
||||
6 |
Нагружение с перегрузками (рис. 4.10); В95 |
380 |
166 |
||||
7 |
Трехступенчатое пульсирующее нагружение; |
3500 |
2356 |
||||
|
сплав Д16; о Т * 1* = 280 МПа; |
<С“ <2) = |
|
|
|||
|
= 305 МПа; а™*'3’ = 320МПа |
|
|
|
|
|
|
8 Пульсирующее |
нагружение с |
перегрузками |
3200 |
3243 |
|||
|
(рис. 4.11); сплав Д16 |
|
|
|
|
|
ных и экспериментальных значений долговечности образцов да но в табл. 4.1. Как видно из данных табл. 4.1, предварительное деформирование, перегрузки и асимметрия цикла уменьшают долговечность образцов с отверстием. При этом наблюдается удовлетворительное совпадение результатов расчета с данными эксперимента.
Итак, описанная методика позволяет с приемлемой инже нерной точностью осуществить расчетную оценку кинетики ме стных деформаций, повреждений и долговечности при нерегу лярном нагружении.
В качестве примера рассмотрим расчет долговечности эле мента крыла транспортного самолета, представляющего собой полосу с центральным круговым отверстием. Материал элемен та - сплав Д16. Программа нагружения (табл. 4.2) реализована на основе схематизации процесса действия нагрузок в условиях ти пового полета [76, 91]. Рассмотрено четыре варианта нагруже ния. В первом варианте нагружения расчет выполняли при вос произведении заданной последовательности полуциклов. Во вто ром варианте схематизацию нагружения производили методом укрупненных максимумов, без учета промежуточных полуциклов. В третьем варианте схематизацию истории нагружения выполня ли по методу "дождевого потока" с выделением полных циклов.
Из результатов расчета числа полетов до появления трещи ны видно, что последовательное нагружение (вариант 1, табл. 4.2) дает завышенную долговечность по сравнению с данными расчета по программе укрупненных максимумов (вариант 2). Долговечность, определенная по программе нагружения, полу ченной с использованием метода "дождевого потока" (вариант 3), дает более низкие значения чисел циклов до разрушения.
Кроме того, выполнен еще один (4-й) вариант расчета дол говечности с учетом последовательности нагружения (как и в 1-м варианте), но с большим числом циклов меньшего уровня. В этом случае наблюдается значительное снижение долговечности.
Таблица 4.2.
Анализ долговечности для различных вариантов схематизации истории нерегулярного нагружения
Сравнение данных расчета долговечности по различным способам схематизации истории нерегулярного нагружения по казывает, что основной повреждающий эффект вносят циклы с большим уровнем размаха деформаций, хотя малые уровни на гружения также оказывают влияние на процесс накопления по вреждений. Поэтому расчетная долговечность элемента (табл. 4.2) зависит от способа схематизации истории нагружения и, в этой связи, использование метода "дождевого потока" следует признать наиболее целесообразным при анализе долговечности в условиях малоциклового нерегулярного нагружения.
Итак, предложен расчетный подход к оценке долговечности элементов конструкций при малоцикловом нерегулярном нагру жении, основанный на анализе характеристик деформирования и разрушения материала, определенных экспериментально при однородном напряженном состоянии, использовании интерпо ляционных соотношений между коэффициентами концентрации напряжений и деформаций для описания условий местного де формирования, применении деформационно-кинетического кри терия малоциклового разрушения и схематизации истории не регулярного нагружения методом "дождевого потока" Разрабо танный метод расчета реализован в виде комплекса программ.
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РАЗВИТИЯ
ПОВЕРХНОСТНЫХ ТРЕЩИН
5.1. х а р а к т е р и с т и к и с о п р о т и в л е н и я
УСТАЛОСТНОМ У РА ЗРУ Ш ЕН И Ю НА СТАДИИ
РА ЗВИ ТИ Я Т Р Е Щ И Н
Практическую основу методов определения усталостной долговечности Дает анализ скоростей роста трещины. Основной характеристикой циклической трещиностойкости материала яв
ляется кинетическая диаграмма усталостного разрушения, связы вающая скорость развития трещины с размахом коэффициента интенсивности напряжений (КИН).
Использование размаха КИН в качестве параметра при ана лизе результатов усталостных испытаний, впервые предложенное Пэрисом, нашло широкое применение в расчетной практике в силу его простоты и универсальности.
Следует отметить ограничения, связанные с использованием КИН в качестве критерия развития усталостных трещин. При наличии заметных пластических деформаций у вершины трещи ны величина КИН уже не характеризует напряженнодеформированное состояние в этой области. Поэтому в условиях пластического деформирования (малоцикловая усталость) следу ет применять энергетические и деформационные критерии раз рушения [57].
Оценка живучести деталей при многоцикловом нагружении, основанная на использовании диаграммы усталостного разруше ния, связана прежде всего с анализом напряженнодеформированного состояния вблизи вершины усталостной тре щины, который проводится в рамках линейной механики разру шения. При этом диаграмма усталостного разрушения дает воз можность использовать результаты лабораторных испытаний для прогнозирования развития трещины в элементе конструкции.
Другими, не менее существенными факторами , влияющими на скорость роста трещины, являются асимметрия цикла, частота и нерегулярность нагружения, толщина образца и структурное состояние материала, окружающая среда и температура. Для бо лее точного определения усталостной долговечности необходимо иметь диаграмму усталостного разрушения, полученную с учетом влияния эксплуатационных факторов.
Анализу кинетических диаграмм усталостного разрушения посвящено большое количество исследований [25, 45, 63, 88]. Методики испытаний и построения диаграмм усталостного раз
рушения подробно разработаны и изложены в методических ре комендациях и монографиях [9, 73, 95, 100]. Диаграмма устало стного разрушения несет в себе информацию о сопротивлении материала развитию трещины, которая количественно выражает ся через характеристики циклической трещиностойкости (пороговый AKfh и критический АК/Сразмахи КИН, параметры я, С, К* и др.).
Важной проблемой является также аналитическое описание диаграммы. Степенная аппроксимация, предложенная Пэрисом, справедлива только в области, соответствующей скоростям 10'3-s- 10"5мм/цикл. В настоящее время предложено большое количест во различных уравнений для описания диаграмм усталостного разрушения. Так, например, в работе [100] приведены шестна дцать уравнений, описывающих всю диаграмму й содержащих от четырех до восьми параметров, подлежащих экспериментальному определению.
Оценка живучести деталей осложнена еще и тем, что ско рость развития усталостных трещин зависит от многих конструк тивных, технологических и эксплуатационных факторов. Влия ние этих факторов на характеристики циклической трещино стойкости обстоятельно рассмотрено в работе [29]•
Применительно к несквозным усталостным трещинам про блема еще более осложняется в связи с трехмерным анализом напряженного состояния. Экспериментальное изучение развития несквозных трещин затруднено из-за невозможности непосред ственно контролировать все размеры и форму трещины в про цессе испытаний. Поэтому использование диаграмм усталостного разрушения, полученных на образцах со сквозными трещинами, для прогнозирования развития несквозных трещин дает возмож ность существенно облегчить решение этой задач**-
Многочисленными экспериментальными Исследованиями показано, что поверхностные трещины в процессе усталостного
развития сохраняют форму близкую к полуэллипсу. В процессе развития трещины отношение полуосей эллипса меняется в за висимости от размеров начального дефекта, от степени неодно родности поля напряжений в сечении с трещиной и других фак торов. Положение фронта поверхностной трещины определяется двумя параметрами глубиной трещины а и длиной свободной поверхности 2с.
Основными целями экспериментальных исследований раз вития поверхностных усталостных трещин являются изучение скорости распространения в направлении глубины и по поверх ности образца и изучение кинетики формоизменения трещины. Как правило, испытания проводят на плоских образцах с цен тральным несквозным поверхностным надрезом в условиях цик лического регулярного растяжения или изгиба.
Соотношение скоростей da / dN и dc / dN является одним из главных вопросов при анализе результатов испытаний. Для однородного и изотропного материала естественно ожидать сов падение характеристик циклической трещиностойкости в раз личных направлениях распространения трещины. Если при этом будут совпадать и диаграммы усталостного разрушения, полу ченные на образцах со сквозной и поверхностной трещинами, то это существенно упростило бы процедуру прогнозирования жи вучести элементов с поверхностными трещинами. Хотя силовой критерий Механики разрушения, каким является коэффициент интенсивности напряжений, не учитывает степень стеснения деформаций, меняющуюся вдоль контура трещины, определен ная возможность решения проблемы трансформации параметров циклической трещиностойкости с одномерных трещин на дву мерные связана с малыми размерами зон пластических деформа ций, образующихся при многоцикловом нагружении.
Экспериментальные исследования скорости развития по верхностных усталостных трещин в основном подтверждают
правомерность предположения об инвариантности кинетических диаграмм усталостного разрушения. Так, например, в работе [66] приводятся данные испытаний крупногабаритных образцов из стали 15Х2НМФА (св = 677 МПа, сто,2 = 588 МПа) с поверхно стной трещиной при циклическом растяжении с Да = 245 ч- 343 МПа. Полученные значения скоростей роста трещины согла суются с результатами испытаний стандартных компактных об разцов со сквозной трещиной.
Авторы работы [156] исследовали развитие поверхностной усталостной трещины при циклическом растяжении листовой стали Х65 (ств = 620 МПа, сто,2= 527 МПа). Испытания образцов с поверхностной трещиной показали, что скорость распростра нения усталостной трещины в направлении глубины и ширины образца в зависимости от КИН совпадает со скоростью развития сквозных трещин соответствующей ориентации.
Экспериментальное подтверждение совпадения диаграмм ус талостного разрушения для сквозных и поверхностных трещин отмечено также в работе [87].
Проблемная группа Е24.06.01 Американского общества по испытаниям материалов, в компетенцию которой входил анализ живучести на стадии развития несквозных трещин [142], пришла к выводу, что распространение поверхностных трещин при регу лярном циклическом нагружении представляется возможным прогнозировать на основе данных о скорости роста трещин, по лученных на компактных образцах.
Однако, имеются работы, в которых высказываются проти воположные мнения. Например, результаты исследования, про веденного при циклическом изгибе пластин из низколегирован ной стали [128], показали, что при одинаковых размахах КИН скорость роста поверхностной трещины в направлении ширины образца в несколько раз ниже скорости сквозной центральной трещины. Аналогичные результаты, свидетельствующие о разли
чии характеристик сопротивления материала развитию поверх ностной трещины в направлении глубины и по поверхности, по лученные при циклическом изгибе, приведены в работе [21].
Экспериментальными исследованиями установлено, что не зависимо от размеров начального дефекта поверхностная трещи на в пластине стремится к такой форме, которая характерна для заданного вида циклического нагружения. При циклическом растяжении устойчивая трещина имеет отношение глубины к половине длины на свободной поверхности а / с —0,6 ^ 1. Ве личина отношения а / с зависит, в основном, от показателя сте пени при аппроксимации среднего участка диаграммы усталост ного разрушения уравнением Пэриса. Чем выше показатель п,
тем больше вытянута трещина.
При циклическом изгибе неглубокие и вытянутые по по верхности трещины на начальном этапе своего развития стре мятся к полукруглой форме, но с достижением определенной глубины наблюдается тенденция к сплющиванию контура тре щины, т.е. основным становится развитие трещины в направле нии ширины образца. При развитии поверхностных трещин в зонах конструктивной концентрации напряжений [92], где как и при изгибе нормальные напряжения по глубине пластины убы вают, наблюдается уменьшение отношения а / с для стабилизи ровавшихся по форме трещин по сравнению со случаем одно родного растяжения.
Аналитические исследования изменения формы поверхност ной усталостной трещины в пластине в процессе ее роста под воздействием регулярной циклической растягивающей и изги бающей нагрузки проведены в работах [116, 117, 121]. В этих ра ботах предполагалось, что скорость распространения трещины для всех точек контура не зависит от вида напряженного состоя ния и описывается одной диаграммой циклического разрушения. Поскольку предполагалось, что трещина имеет форму полуэл
липса, рассматривалось только приращение глубины и длины/на свободной поверхности. В предположении о степенной зависи мости da / dN и dc / dN от локальных значений размаха КИН в работах [116, 159] получены формулы, позволяющие проследить изменение формы трещины в процессе ее роста в зависимости от начальных размеров и параметров степенной зависимости скорости от АК.
Таким образом, расчет долговечности на стадии распростра нения несквозных дефектов при регулярном циклическом на гружении представляется возможным проводить по характери стикам циклической трещиностойкости, полученным на образ цах со сквозными трещинами. В случае анизотропных материа лов необходимо проведение дополнительных испытаний.
Многочисленными экспериментами на разнообразных ме таллах и сплавах установлено [6, 9, 22, 102], что однократные или многократные перегрузки вызывают задержку в развитии усталостной трещины. Это явление имеет большое значение при разработке методов оценки живучести элементов конструкций [29, 32]. Снижение скорости распространения трещины после перегрузки Зависит от очень многих факторов. Задержка может быть обусловлена следующими особенностями: влиянием сжи мающих остаточных напряжений перед вершиной трещины, смыканием берегов трещины после небольшого приращения длины трещины, затуплением вершины трещины, деформацион ным упрочнением материала перед фронтом трещины, разветв лением или искривлением траектории трещины, приводящим к смыканию берегов [152].
Влияние перегрузок изучается в основном на сквозных уста лостных трещинах. Опубликованных экспериментальных дан ных, касающихся задержки поверхностных трещин очень мало. Это связано с трудностями изучения скорости изменения конту ра скрытого от прямого наблюдения. В работах [21, 92, 102] ис
следовалось влияние однократных растягивающих перегрузок на скорость роста поверхностных усталостных трещин при регуляр ном режиме основного нагружения. В работе [102] установлено, что центральная и краевая части трещины по разному реагируют на перегрузки. Задержка в центре фронта трещины меньше, чем на краях. В работе [21] на основе данных о влиянии перегрузки предложена эмпирическая формула для определения эффектив ного размаха КИН в зоне влияния перегрузки.
Методика расчета длительности развития поверхностных трещин при регулярном нагружении основана на интегрирова нии уравнений, описывающих скорость роста глубины и длины трещины. Для нерегулярного процесса нагружения в работе [57] предлагается метод расчета, основанный на получении характе ристик циклической Трещиностойкости на стандартных образцах при случайном нагружении. Внедрение такой методики в рас четную практику, по-видимому, будет затруднено в связи со сложностью испытаний, требующих специального оборудования. Однако, в работе [57] показано, что обычные диаграммы устало стного разрушения Могут быть использованы в случае узкопо лосного усеченного процесса нагружения.
Итак, закономерности развития поверхностных усталостных трещин менее изучены, чем для сквозных трещин. Отдельные исследования Подтверждают правомерность использования диа грамм усталостного разрушения, полученных на образцах со сквозными трещинами, для прогнозирования развития поверх ностных треШИн. ОДНако, существуют работы, свидетельствую щие и об обратном. Данные о влиянии нерегулярности нагруже ния на кинетику р&зЪития поверхностных трещин крайне огра ничены.
В связи с изложенным проведены экспериментальные ис следования кИПетиКИ развития поверхностных усталостных тре щин в плоских обр^Пах из сплавов АК4-1 и ВТ6, а также в об разцах из стали 45 при регулярных режимах циклического на
гружения, определены также характеристики циклической трещиностойкости исследуемых материалов и осуществлены оценки влияния конструктивной концентрации напряжений на развитие поверхностных трещин, изучено влияние однократных ра9тягивающих перегрузок на скорость роста поверхностных трещин. Результаты этих исследований представлены ниже.
5.2. О БЪ ЕКТЫ Э К С П Е РИ М Е Н Т А Л Ь Н Ы Х
И С С Л Е Д О В А Н И Й И М ЕТО ДИ К А П Р О В Е Д Е Н И Я И С П Ы Т А Н И Й
Изучение и выявление закономерностей развития поверхно стных трещин было проведено на образцах из сплавов АК4-1, ВТ6и стали 45. Пластины из сплавов АК4-1 и ВТ6получены из цилиндрических заготовок путем изотермической развертки и штамповки в состоянии сверхпластичности. Пластины подверга лись следующей термообработке:
- сплав АК4-1 закалка (нагрев до 525 °С, выдержка 2 3 часа, охлаждение в воде), искусственное старение (нагрев до 200 °С, выдержка 16 часов, охлаждение в воздухе);
- сплав ВТ6- нагрев до 900 °С, выдержка 1 час, охлаждение с печью до 650 °С, а затем на воздухе.
Из пластин в соответствии с методическими указаниями, изложенными в работе [123], изготавливались образцы сечением 22 х 90 мм. Стальные образцы испытывались в состоянии по ставки без какой-либо специальностей термообработки. На всех испытанных образцах направление волокон совпадало с линией действия нагрузки.
Схемы образцов с захватами показаны на рис. 5.1. Для ис пытаний образцов при действии комбинированной (изгиб и рас тяжение) циклической нагрузки разработаны специальные захва ты (рис. 5.1, б), которые обеспечивают смещение срединной плоскости образцов, в результате при растяжении создается и
Рис. 5.1. Схемы образцов и захватов для испытаний:
а, б - сплавы АК4-1 и ВТ6; в - сталь 45
изгибающий момент. Расстояние е между линией, проходящей через центры отверстий под цилиндрические штифты, и средин ной плоскостью пластины можно менять путем установки до полнительных прокладочных пластин между образцом и захва том. Крепление образца осуществляется болтами и подвижной С-образной скобой*.
Конструкция захватов позволяет вести испытания при раз личных соотношениях изгибающей и растягивающей состав ляющих нагрузки. Возможно проведение испытаний при цикли ческом сжатии. При проведении испытаний на элекгрогидравлических машинах типа УРС данный способ нагружения обеспечи вает возможность визуального наблюдения за трещиной. В отли чие от нагружения по схеме трехили четырехточечного изгиба перемещения захватов в данном случае сравнительно малы, что позволяет вести испытания с большей частотой.
С целью изучения влияния конструктивной концентрации напряжений на кинетику развития поверхностных трещин испы таны образцы с надрезом в виде поперечной V-образной канавки на фронтальной поверхности образца. Глубина канавок равна 1,5 мм, радиус закругления на дне канавки составлял 1,75; 0,75 и 0,35 мм. Теоретический коэффициент концентрации напряжений при растяжении и толщине образца 7,5 мм соответственно был равен 1,7; 2,3 и 3,0.
Поверхность гладкий образцов и поверхность канавок поли ровалась. Затем в центре образцов наносились инициирующие трещиноподобные надрезы. Надрезы на образцах из сплавов АК4-1 и ВТ6нанесены на той поверхности, которая соответст вовала внутренней стороне цилиндрических заготовок.
Надрезы были выполнены на электроискровом станке по методике работы [50]. Для нанесения надрезов применялись электроды из латунной фольги толщиной 0,1 мм. Начальные инициирующие надрезы были различной глубины (от 1 до
1,5 мм), длиной 3,6 мм. Ширина надрезов составляла 0,3 мм. Форма надрезов была близка к полуэллиптической. Часть образ цов из сплава АК4-1 имела инициирующий надрез, выполнен ный дисковой фрезой толщиной 1 мм с прямоугольным сечени ем зубьев. Была принята следующая система обозначений. Каж дому образцу присваивается номер, состоящий из буквы и двух цифр. Буквенный индекс обозначает материал образца. Следую щая за буквой цифра обозначает вид нагружения или конфигу рацию образца: 0- соответствует центральному растяжению; 1 внецентренному растяжению; цифры 2, 3, 4 - соответствуют об разцам на растяжение с конструктивным концентратором на пряжений и а а, равным 1,7; 2,3 и 3,0 соответственно. Вторая цифра обозначает номер в группе идентичных образцов. Напри мер, номер Т-2-1 соответствует образцу из сплава ВТ6. Испы танному в условиях циклического внецентренного растяжения.
Испытания осуществляли на электрогидравлической уста новке УРС-20 с обратной связью. Погрешность нагружения 1 %. Испытания проводились в обычных лабораторных условиях
при следующих параметрах циклической нагрузки и внешней среды:
-синусоидная форма цикла;
-частота нагружения 5 -ь 10 Гц;
-коэффициент асимметрии цикла г =- 0,05 -ь 0,15;
-влажность воздуха 40 ^ 60 %;
-температура 20 ± 5 °С.
В процессе испытаний фиксировалась длина трещины с на поверхности образца и соответствующее число циклов нагруже ния Л/. Для этого на полированную поверхность образца специ ально заточенным алмазным резцом с помощью инструменталь ного микроскопа наносились риски с шагом 0,25 ± 0,01 мм или 0,20 ± 0,01 мм. Рост трещины отслеживался с помощью оптиче ского микроскопа МБС-9 при увеличении 90. На образцах с по-
перечной канавкой рост усталостной трещины контролировался по показаниям индикатора часового типа, связанного с микро скопом и фиксировавшего его перемещения вдоль линии трещи ны параллельно плоскости образца. Измерения проводились че рез каждые 0,20 0,50 мм приращения полудлины трещины.
Соотношение номинальных растягивающих и изгибающих напряжений при испытаниях на внецентренное циклическое нагруже-ние контролировалось тензометрированием. Для этого на фронтальную и тыльную стороны образца наклеивались тензорезисторы, и в процессе нагружения регистрировались их по казания с помощью измерительного устройства ИДЦ-1.
Экспериментальное изучение развития поверхностных тре щин осложняется в первую очередь тем, что один из парамет ров - глубина трещины - не поддается прямому контролю в про цессе ее усталостного роста. Непосредственное определение формы трещины возможно лишь после разрушения образца.
Для фиксации формы усталостной трещины применяют ме тодику конечных точек или меток. При использовании методики конечных точек образец после определенного числа циклов до ламывают статически. Эта методика дает точные размеры и форму трещины, но требует испытания большого количества об разцов. Методика меток предусматривает циклическое нагруже ние с отличными от основного режима параметрами нагрузки. При периодическом изменении режима нагружения на поверх ности усталостного излома остаются визуально видимые метки, фиксирующие контур трещины в момент нанесения метки. Этот способ позволяет получить на одном образце несколько кон трольных точек. Для того, что исключить задержку или ускоре ние развития трещины при изменении режима, максимальную нагрузку при нанесении метки оставляют неизменной, а мини мальную нагрузку увеличивают, т.е. увеличивают коэффициент асимметрии цикла г при Рщах = const. Следует отметить, что ме тодика меток не всегда дает положительные результаты.
Существуют различные методы косвенного определения размеров поверхностной трещины, такие как регистрация изме нения электрического потенциала, раскрытия трещины, подат ливости образца и др. [66]. Но апробация и тарировка того или иного косвенного метода требуют одновременного изучения ки нетики размеров и формы поверхностной усталостной трещины прямыми способами.
Испытания показали, что при изменении асимметрии цикла и неизменной величине максимальной нагрузки на поверхности усталостных изломов в образцах из сплава ВТ6 и стали 45 оста ются хорошо видимые метки. Однако, в сплаве АК4-1 метки практически незаметны. Поэтому для фиксации фронта поверх ностной трещины в образцах из алюминиевого сплава использо вали красящие жидкости, которые периодически вводили в по лость раскрытой статической нагрузкой трещины, и образец вы держивали так до полного высыхания жидкости. Применяли также способ приложения однократных растягивающих перегру зок, оставляющих на поверхности излома хорошо различимые следы, фиксирующие контур трещины, но заметно снижающие последующую скорость их развития.
По результатам испытаний строили зависимости полудлины и глубины трещины от числа циклов нагружения, по которым методом графического дифференцирования определяли скорости роста dc / dN и da / dN.
Значения КИН для измеренных значений глубины и длины трещины определяли по эмпирическим формулам, предложен ным в работах [138, 139]:
|
|
0,89 |
|
м , = 1 ,1 3 - 0 ,0 9 Т ; м ^ ° ’5 4 + оЖ |
) |
||
М 3 |
= 0 , 5 - —— ^------- +14(1 - a / c f 4 - |
||
3 |
’ 0 ,6 5 +а/с |
v |
’ |
g = 1 + [од + 0,35(а / г)2 ] (l —sin ср)2
/<Р = [(<3/ с )2 co s2 (p+ sin2 <?Y
Уг
f w = sec
H = Hi + (Я 2 - tfi)sinPq>;
p == 0,2 + a / c + 0,6(0/ /);
# 2 = 1 + G i ( f l / 0 + G2W O 2;
Я 1 |
= 1 - |
0 , 3 4 ( e / /) |
+ 0,1 l ( o / c ) ( o / 0 ; |
|
|
<7i |
= - 1 , 2 2 |
- 0 , 1 2 ( f l / с ) ; |
|
G2 = |
0 ,5 5 |
- |
l,0 5 ( o / |
c)0-75 + 0 ,4 7 (o / c )l-s , |
(5.1)