Испытанию на усталость подвергались гладкие образцы с фиксированным опасным сечением диаметром 8 мм. Принятая база испытания составляла 107 циклов. Испытания проводились при температуре 20° С. Для осуществления наблюдения за развитием разрушения в процессе испытания на усталость использовалась машина МИП-8-2М, снабженная стробоскопическим микроскопом и устройством для регистрации длины трещины на электрохимической бумаге (ЭХ Б). Это устройство позволяло получать через определенное количество циклов нагружения изображение поверхности опасного сечения образца по всему периметру и регистрировать все возникающие и растущие трещины.Read more: Роль низких напряжений спектра в развитии усталостного разрушения
Результаты этих исследований показывают, что для большинства конструкционных сплавов разница действительных и номинальных напряжений в неоднородно напряженных образцах, а также величина неупругих циклических деформаций при напряжениях, равных пределу усталости на базе 107 циклов, не велики. Следует отметить, что при переходе от линейного напряженного состояния к плоскому (чистый сдвиг) величина неупругих деформаций возрастает.Read more: Исследование закономерностей неупругого деформирования
Наличие методов оценки усталостного повреждения в совокупности сдатчиками, характеристики которых (например, электрическое сопротивление) реагируют на предварительное циклическое нагружение, позволяет контролировать процесс накопления усталостного повреждения и прекращать эксплуатацию конструкции в том случае, когда повреждение приближается к критическому. Наибольшие достижения в этом направлении получены при использовании деформационных критериев усталостного разрушения металлов.Read more: Характер накопления повреждения в материале
Имея для материала зависимость типа и графики зависимости неупругой деформации от напряжений, построенные с учетом рассеяния результатов, можно определить, не доводя до разрушения, долговечность образца при различных уровнях напряжения. В этом случае образец нагружается при одном из уровней напряжения, а на стадии стабилизации определяется величина неупругой деформации, затем по данным, для соответствующей вероятности находятся значения неупругой деформации при различных уровнях напряжений и с использованием уравнений типа определяются соответствующие им значения долговечностей.Read more: Известны и другие подходы
Обоснование методов ступенчатого нагружения образцов с целью определения пределов пропорциональности при циклическом нагружении по результатам испытания одного образца, обеспечивающих их совпадение с пределами усталости и т. д. Типичным в этом случае является подход, сформулированный в работах Морроу. Им на основе некоторых предположений, связывающих энергию разрушения при статическом и циклическом нагружениях, было получено следующее уравнение кривой усталости: Такие кривые усталости обычно используются при разработке экспериментальных методов оценки накопления усталостного повреждения в конструкциях в процессе их эксплуатации с применением датчиков повреждения.Read more: Развитие методов построения начальных участков действительных диаграмм циклического деформирования
Пунктирные соответствуют области изменения пределов усталости ±5%. Приведенные на этом рисунке данные показывают, что для большинства исследованных материалов, за исключением сплавов на основе никеля, как в условиях однородного, так и неоднородного напряженных состояний (изгиб, кручение) имеет место довольно хорошая корреляция между пределом усталости и пределом пропорциональности при циклическом нагружении, найденных с точностью, указанной выше, что может быть использовано для ускоренного определения пределов усталости. Важно отметить, что при использовании принятой методики исследования имеет место хорошая корреляция и для результатов, полученных при изгибе и кручении.Read more: Создание аппаратуры для надежного измерения малых неупругих циклических деформаций
Рассмотрим более подробно каждую из сформулированных выше задач с использованием в основном результатов, полученных в последние годы в Институте проблем прочности. Давно было обращено внимание на тот факт, что для ряда металлов, в первую очередь сплавов на основе железа, при напряжениях, близких к пределу усталости, наблюдается интенсивное увеличение рассеяния энергии и неупругих циклических деформаций.Read more: Деформационные критерии усталостного разрушения металлов
Принципиальное отличие деформационных и энергетических критериев состоит в следующем: в первом случае предполагается, что усталостное повреждение обусловлено процессами, связанными с циклическими деформациями, а во втором — процессами, связанными с необратимым рассеянием энергии. В данной статье предпочтение отдается деформационным критериям.Read more: Мера усталостных свойств
Мера усталостных свойств выражается в виде минимального направляющего угла относительно фронта пластического течения, идущего впереди усталостной трещины, распространяющейся в основную часть лонжерона со стороны боковой кромки. Чем больше возрастает угол, по сравнению с какой-то минимальной величиной, соответствующей геометрии критического сечения, тем более вероятным становится внезапное квазихрупкое разрушение конструкции.Read more: Экспериментальная проверка предсказания