Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

МАЛОЦИКЛОВАЯ УСТАЛОСТЬ ОБРАЗЦОВ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЙ

Авторы:
Город:
Ставрополь
ВУЗ:
Дата:
20 мая 2018г.

Учет концентрации напряжений при расчётах на прочность в условиях малоциклового нагружения является одной из наиболее сложных задач в проблеме усталости материалов. Данная работа посвящена экспериментальному изучению этой проблемы.

Для изучения распределения упругопластических деформаций использовался метод длительных сеток, методика нанесения которых, приведена в работе [1]. Длительная сетка наносилась на полированную поверхность плоского образца в области концентратора напряжений, алмазной иглой с шагом 0,2 мм. В процессе испытаний она фотографировалась как до приложения нагрузки на образец, так и в процессе малоцикловых испытаний с помощью стереоскопического микроскопа (увеличение 450 крат.), установленного непосредственно на испытательную машину. Испытательный образец показан на рис.1. Размер концентратора d оставался постоянным, а размер b изменялся от b=d=10 мм до 2 мм, при этом величина теоретического коэффициента концентрации напряжений 𝑘𝑡 равнялся: 1-𝑘𝑡=2,55; 2-𝑘𝑡=3,82; 3- 𝑘𝑡=5,35; 4-𝑘𝑡=13,2. Испытания проводились на образцах, изготовленных из нормализованной стали 45, при нулевом цикле растяжения с частотой 3-5 циклов в минуту, при комнатной температуре.

В результате испытаний определялись деформации ячеек сетки по фотографиям в начале испытания и в процессе нарастания числа циклов. Наибольший интерес представляла ячейка, примыкающая к устью концентратора напряжений. При нагружении до номинального напряжения 𝜎𝑛 ячейка растягивалась, а при напряжении 𝜎𝑛 = 0 в ней возникали напряжения сжатия. Таким образом, при нулевом циклическом нагружении образца, ячейка в устье концентратора испытывала знакопеременные напряжения, с определённым коэффициентом ассиметрии цикла изменения напряжений 𝑅𝜎 , который зависит от теоретического коэффициента концентрации напряжений 𝑘𝑡 (рис. 2).

В процессе циклического нагружения плоских образцов с концентраторами напряжений определялись петли пластического гестерезиса в ячейке, примыкающей к устью концентратора напряжений, а также величина одностороннего накопления пластических деформаций (𝛿) за один цикл нагружения.

По искажению элементов длительной сетки определяли интенсивность упругопластических деформаций 𝑒𝑖 . В квазистатической области с увеличением числа циклов происходило накопление пластической деформации на контуре концентратора, и когда интенсивность деформации в точках, расположенных на горизонтальном диаметре концентратора достигла величины предельной деформации при статическом разрыве полосы без концентратора, появлялась горизонтальная трещина.

На рис.3 показаны кривые изменения предельной интенсивности упругопластических деформаций 𝑒𝑖 пр от числа циклов до разрушения. Горизонтальная линия представляет собой участок квазистатического разрушения и далее происходит постепенный переход к усталостному разрушению.

В результате испытаний более 70 образцов различными концентраторами напряжений строились кривые малоцикловой усталости плоских образцов с различными концентраторами напряжений (рис. 4). Причём за разрушение принималось такое состояние образца, при котором возникала трещина в устье концентратора длиной 200 мкм.

При построении кривых усталости во внимание принимались те образцы, у которых трещины возникали одновременно с двух концов концентратора напряжений и развивались примерно с одинаковой скоростью. Такие опыты, при которых трещина возникала только с одной стороны концентратора напряжений из дальнейшего рассмотрения исключались.

В результате проведённых исследований установлено, что наиболее нагруженной является ячейка длительной сетки, расположенная в устье концентратора напряжений, и в процессе циклического нагружения возникают петли пластического гистерезиса подобные тем, которые наблюдаются при знакопеременном нагружении образцов в условиях однородного напряженного состояния. Кроме того, наблюдается одностороннее накопление пластических деформаций, тем более интенсивное, чем выше соответствующие местные напряжения. В дальнейшем предполагается применить методы расчёта долговечности при малоцикловой усталости образцов без концентратора напряжений на расчёт образцов с концентраторами напряжений.

 

Список литературы

 

1.        Бородин Н.А. «Метод нанесения прецизионных длительных сеток» // Заводская лаборатория.1963 - №1 – С.25 – 29

2.        Пенкин А.Н. «Построение диаграмм циклического деформирования при расчётах на малоцикловую усталость в условиях сложного напряженного состояния» // Известия вузов. Машиностроение. 1986 - №12 – С.11 - 14