Модели долговечности при малоцикловом нагружении

Страницы работы

Содержание работы

Модели долговечности при малоцикловом нагружении

1.Малоцикловая усталость

Малоцикловая усталость – повреждение материала или детали в результате повторных упругопластических деформаций, приводящих к разрушению через ограниченное число циклов нагружения N≤105. От обычной многоцикловой усталости малоцикловая усталость отличается более значительной (десятые доли процента и более) шириной петли гистерезиса в каждом цикле нагружения. Кроме этого, малоцикловое нагружение деталей авиационных двигателей, реализующееся в процессе повторения полетных циклов и изменения режимов двигателя, характеризуется значительно меньшей частотой действия нагрузок, чем при усталостных разрушениях.

Малоцикловая усталость наблюдается обычно в деталях, имеющих зоны концентрации напряжений. Например, в дисках такими зонами являются отверстия под стяжные болты и каналы для подвода охлажденного воздуха, шлицы в ступичной части, пазы замковых соединений, валы у отверстий для подвода смазки и т.п. 

Характер разрушения при малоцикловой усталости определяется величиной, действующей в цикле нагрузки; при больших нагрузках и малом числе циклов Nр(до 102) имеют место признаки статического повреждения, наблюдается остаточная деформация; при уменьшении нагрузки и увеличении числа циклов(до 104-105) разрушение носит усталостный характер с выраженными следами сдвиговой деформации в виде скольжения. В промежуточной зоне можно наблюдать признаки обоих видов разрушения.

Малоцикловая усталость характеризуется величиной действующих напряжений или деформаций. Нагружение, при котором от цикла к циклу остаются неизменными величины действующих напряжений, называют «мягкими», а нагружения, при которых сохраняются постоянными величины деформаций, - «жесткими». Примером «мягкого» нанружения является действие внутреннего давления газового потока на оболочку и корпус ГТД в каждом цикле запуска – остановка двигателя. «Жесткое» нагружение наблюдается в зонах концентрации напряжений.

Степень «жесткости» нагружения той или иной зоны детали выявляется расчетом поцикловой кинетики величины напряжений и деформаций.

2. Кривые деформирования при малоцикловом нагружении

Основные характеристики цикла нагружения, относящегося к стабилизованной стадии процесса, показаны на рис.1. Цикл характеризуется амплитудой и средним значением общей и пластической деформации:

;                                           

 ;                       (1)                          

;

.                  (2)

В расчетных уравнениях часто используется величина размаха общих или пластических деформаций:

;

.                  (3)             

С использованием величин напряжений соответствующие характеристики записываются так:

;

;                   (4)

.                                       (5)

В расчетах можно использовать зависимость σ – ε, построенную по начальной диаграмме деформирования, характеризующей исходное нагружение. Приближенное построение полного цикла σ – ε, показанного на рис.1, осуществляется по принципу Мазинга. При этом разгрузка из точки О1 рассматривается как процесс упругого деформирования под действием нагрузки с обратными знаками до величины σ=2σт аналогично деформированию при исходном нагружении. Процесс деформирования от точки О2 до точки О1 считается аналогичным процессу, протекающему на отрезке от точки О1 до точки О2.

Схема циклического деформирования по Мазингу показана на рис.2. Применение принципа Мазинга допустимо при малых величинах упругопластических деформаций. Для материалов, у которых исходная диаграмма деформирования существенно отличается от диаграммы деформирования в последующем цикле, при построении циклограмм σ – ε следует использовать не исходный, а следующий за ним цикл. Полученная таким образом циклограмма σ – ε используется в расчетах для определения величин, действующих в детали напряжений и деформаций (или их размахов) Δσ и Δε. Предпочтительнее использовать при этом экспериментальные кривые. Если процесс стабилизации после первых десятков циклов выражен недостаточно четко, то расчет можно осуществлять с помощью зависимостей σ – ε, относящихся к этапу N=0.5Nр. В этом случае, если стабилизация процесса не наблюдается (рис.3), расчет должен производиться с использованием фактических зависимостей σ – ε, относящихся к различным значениям чисел циклов. Для построения циклограмм σ – ε и для расчета напряженно-деформированного состояния необходимо аналитическое описание исходных кривых деформирования.

При кусочно-линейной аппроксимации кривая деформирования выражается зависимостями:

     при σ≤σт;

    при σ>σт,                (6)

где Е – модуль упругости;

       σт – предел текучести;

       Ек – касательный модуль.

Аппроксимация нелинейного участка диаграммы деформирования степенной функцией возможна в следующем виде:

     при σ≤σт;

    при σ>σт,                                     (7)

где А и n – параметры, зависящие от типа материала.

Рис.2. Схема циклического нагружения по Мазингу.

3. Кривые циклического деформирования.

Для учета деформационной анизотропии упругих постоянных, циклического эффекта Баушингера, а также изменения нелинейного участка деформирования в процессе нагружения возможно более общее преобразование кривой циклического деформирования:

 ,                      (8)

где

Похожие материалы

Информация о работе