Головна

ВИПРОБУВАННЯ НА низьким показником циклової втоми

  1. Б) Втома і виснаження
  2. В) Захист будівель металевої конструкції, їх випробування в пожежному відношенні
  3. Врізка 22. Досвід розробки і випробування товарів
  4. Гідравлічні (пневматичні) випробування
  5. Ж. Втома і слабка концентрація (неуважність) вершника
  6. Випробування в ринкових умовах
  7. Випробування і контроль якості продукції

Потреба в випробуваннях на малоцікловую втома виникла в зв'язку з втомного руйнування літаків і кораблів - конструкцій, що зазнають при експлуатації порівняно рідкісні, але в той же час відносно великі перевантаження [14]. Незважаючи на те, що ці випробування за останні 25 років отримали досить широке поширення, до сих пір поняття малоцикловой втоми не має настільки чітко визначеного тлумачення, як, наприклад, межа витривалості або опір розриву. Часто, особливо в американській літературі, під терміном малоциклова втома (low-cycle-fatique) розуміють опір втоми в області великих повітряних навантажень, приймаючи в якості кордону, яка відділяє малоцікловую область від звичайної втоми, напруження, відповідне межі текучості або пропорційності матеріалу. Вибір такої межі в відомому відношенні має певний сенс.

Як показали дослідження В. І. Щабаліна [15], крива  на рівні (  - Межа плинності) має розрив (рис. 1), що дозволяє припустити існування відмінностей в механізмі уставанія в малоцикловой області і в області звичайної втоми.

Однак при такому підході термін малоциклова втома не відображає специфічних особливостей навантаження, пов'язаних з малою частотою прикладання навантаження. Тим часом низькочастотний характер навантаження в поєднанні з високим рівнем діючої повторного навантаження значною мірою визначає закономірності руйнування в малоцикловой області. Так, наприклад, при оцінці впливу поверхневого наклепу слід мати на увазі, що він значно збільшує опір втоми як при низькочастотному малоциклова навантаженні, так і при напружених, близьких до межі витривалості при звичайній частоті навантаження (рис. 2, а і б). Якщо ж оцінювати опір малоцикловой втоми при частоті навантаження 25-50 гц, то корисний вплив поверхневого зміцнення може не виявитися (див. рис. 2, а, верхня ділянка кривих).

Звідси випливає, що лівий верхній ділянку кривою Веллера не завжди можна використовувати для характеристики малоцикловой втоми того чи іншого матеріалу. Якщо умови служби деталей і вузлів такі, що вони відчувають порівняно рідкісні перевантаження (наприклад, маневрені перевантаження або перевантаження від поривів вітру в літакових конструкціях, повторні навантаження, пов'язані з добовими змінами температури в корпусах, які перебувають під внутрішнім тиском і т. Д.), то опір малоцикловой втоми слід оцінювати при низькочастотних випробуваннях. У зв'язку з цим у вітчизняній літературі [14, 16], поряд з терміном «малоциклова втома», можна зустріти терміни «статична витривалість» та «міцність при повторних статичних навантаженнях» - терміни, які відображають специфічні особливості процесу уставанія, пов'язані з малою швидкістю зміни повторного навантаження.

 Злами низькочастотної малоцикловой втоми найчастіше, у всякому разі для конструкційного матеріалу високої і середньої міцності, мають типову усталостную зону і за своїм виглядом при візуальному огляді можуть не відрізнятися від класичних зламів втоми (рис. 3).

Для випробувань на малоцікловую втому добре зарекомендували себе звичайні універсальні гідравлічні машини, забезпечені спеціальними електромагнітними перемикачами і стежать пристроями (контакторами) для перемикання ходу циліндра при верхньому і нижньому положеннях навантаження (рис. 4). Тут масло від насоса 1, Що приводиться в рух електродвигуном 2, подається по трубці 5 в циліндр 3 машини; при цьому поршень 4 переміщується вгору, розтягуючи зразок. При досягненні заданої верхньої навантаження циклу  спрацьовує контактний манометр 6, при цьому відкривається кран електромагнітного перемикача 7 і припиняється подача масла в циліндр по трубці 5. В результаті поршень рухається в зворотному напрямку, зразок розвантажується до заданого положення лівого контакту на контактному манометрі  . Як електромагнітних перемикачів можуть бути використані стандартні гідроагрегати ГА-98. дросель 8 оберігає електромагнітний кран від гідравлічного удару. Щоб уникнути підгоряння контактів стежить системи (в даному випадку манометра), доцільно використовувати запропоновану В. Ф. Ямілінцем електросхему, в якій включене в ланцюг великий опір (2,75 кому) забезпечує слабкий струм при розмиканні контактів і тим самим оберігає їх від підгоряння. У цій схемі на контакти проміжного реле замкнуті, крім контактного манометра, лічильник числа циклів і магніт гідроагрегату.

На переобладнаних таким чином гідравлічних машинах для статичних випробувань можна проводити випробування на пульсуюче розтягнення (або стиснення, або вигин), а також асиметричне розтягнення (або стиснення, або вигин) із заданим коефіцієнтом асиметрії. Пристрій насоса гідравлічних машин дозволяє регулювати частоту навантаження в межах від 4 до 15 цикл / хв.

Аналогічне переобладнання гідравлічних пульсаторів двостороннього дії дає можливість проводити випробування на малоцікловую втома зі знакозмінних циклом розтягування-стиснення.

З машин з механічним приводом для випробування на малоцікловую втому при осьової навантаженні набули поширення горизонтальні низькочастотні пульсатори з граничними зусиллями ± 0,03 Мн (± 3 Т) і ± 0,1 Мн (± 10 Т). На рис. 5 показана схема такого пульсатора з механічним приводом. Ця машина може бути використана як для звичайних випробувань на втому, так і для випробувань з невеликою частотою прикладання навантаження; в обох випадках можна задати і симетричний і асиметричний з будь асиметрією цикл. Зразок ./ навантажується за допомогою вібратора 2, приводиться в рух електродвигуном постійного струму. Максимальне навантаження циклу регулюється підбором числа обертів двигуна. Зміна напруги в кожному циклі задається переміщенням рухомої маси вібратора. Величина граничного напруження циклу контролюється по пружності динамометру 3, Жорстко з'єднаному з одного боку зі зразком 1, і з іншого-з вібратором 2.

Для випробувань з низькою частотою навантаження є окремий реверсивний двигун, що приводить в рух червячную пару 4, яка, в свою чергу, повідомляє поступальний рух шпинделя 5 пульсатора. Заданий цикл навантаження виконується за допомогою стежить устрою 6. Якщо обидва контакти стежить системи пов'язані з пружиною, то випробування ведуться з заданим розмахом навантаження, якщо ж один з контактів укріплений на станині, то відтворюється цикл із заданою деформацією.

Найчастіше деталі конструкцій в умовах служби несуть задану навантаження, проте є важливі практичні випадки (наприклад, пов'язані з високими термічними напруженнями при використанні високопластичних конструкційних матеріалів в ядерних реакторах), коли процес втомного руйнування визначається умовами сталості амплітуди деформацій. В цьому випадку накопичення в металі пластичної деформації обмежена, що впливає на закономірності процесу втомного, навантаження. В літературі [17] навантаження із заданим розмахом деформації отримало назву жорсткого навантаження, на відміну від м'якого навантаження із заданим розмахом навантаження.

При циклічному пружно-пластичній деформації з заданим розмахом деформації залежність між напруженнями і. деформаціями для симетричного циклу схематично показана на рис. 6, а. Фактична ширина петлі гістерезису характеризує сумарну величину з пластичної та непружної (незворотною пружною в даному циклі) деформації. Пластичну складову можна обчислити як різницю між розмахом деформацій  і часткою пружною деформації

Початкову точку кривої циклічного деформування зазвичай переносять в вершину петлі гистерезиса О ', розглядаючи в кожному циклі першу його половину O'О " і другий напівцикл O "O ', відповідним чином змінивши на протилежний напрямок координатних осей.

При навантаженні за схемою заданої деформації (  ) В залежності від властивостей матеріалу може відбуватися перерозподіл між пружною і пластичної складовими деформації, що призведе до зміни фактично

діючих напружень (див., наприклад, точки О 'і  на рис. 6, а). За Коффіна [18], залежність між числом циклів до руйнування N і розмахом пластичної деформації  добре описується емпіричним співвідношенням

де коефіцієнт С пов'язаний з пластичністю при руйнуванні, викликаному статичним розтягуванням.

При циклічному навантаженні із заданим розмахом напруги (див. Рис. 6, 6} в процесі випробування зберігаються постійними значення и  , Ширина ж петлі гистерезиса від циклу до циклу може змінюватися в залежності від особливостей матеріалу: зменшуватися для циклічно зміцнюючих матеріалів, збільшуватися - для циклічно разупрочняется матеріалів і, нарешті, зберігатися незмінною для циклічно стабільних матеріалів. При цьому процес накопичення пластичних зрушень може, взагалі кажучи, відбуватися аж до руйнування.

Для випробування на малоцікловую втома найбільш широкого поширення набули зразки з концентраторами напружень у вигляді смуг з отвором (рис. 7, а)  або циліндричного стержня з кільцевою канавкою (див. рис. 7, б), має або напівкруглий профіль  = 0,75мм (  = 2,2), або V-подібний профіль з кутом розкриття надрізу 60 ° і = 0,1мм (  = 4). Випробування таких зразків методично не уявляють будь-яких ускладнень. При їх виготовлення, важливо не допустити наклепу кільцевого надрізу, причому для нанесення надрізу краще застосовувати профільний різець, а не шліфувальний круг. Отвір в пластинах виготовляється свердлінням, розгортанням і подальшим зняттям з допомогою дрібної шліф-шкурки задирки на кромках отвори.

Складніше отримати якісне руйнування при випробуваннях на малоцікловую втома гладких зразків. Основна складність полягає в тому, що руйнування, як правило, йде по Галтельні переходу, т. Е. Фактично на ділянках з помітною концентрацією напружень (  = 1,2  1,3). Щоб перенести руйнування в робочу частину, рекомендується виготовляти плоскі зразки карсетного типу (рис. 8, a) з можливо більшим радіусом кривизни на робочій довжині. . Для циліндричних зразків (див. Рис, 8, б) потрібні зазвичай досить розвинені в діаметрі різьбові головки. Щоб уникнути руйнування по різьбі титанових сплавів і високоміцної сталі відношення D/ d має бути близько трьох, для алюмінієвих сплавів і среднепрочной стали  . Руйнування в Галтельні переході можна попередити, піддавши його дробеструйной обробці або обдувке металевим піском (попередньо, природно, захистивши, наприклад, фольгою і ізоляційною стрічкою, робочу частину зразка). За даними, наведеними в американській літературі [19], хороші результати дає гладкий зразок, у якого робоча довжина з'єднується з головками за допомогою переходів, параболічної і еліптичної форм.

Відповідно до ГОСТу поверхню зразків для випробування на втому і в тому числі на малоцікловую втома повинна мати чистоту V 7- V8. При цьому слід, однак, мати на увазі, що для багатьох конструкційних матеріалів далеко не байдуже, яким способом досягається така чистота. Наприклад, шліфування карборундовими колами, різко знижує довговічність при повторних навантаженнях титанових сплавів. Для отримання високої чистоти поверхні зразків з цих сплавів можна рекомендувати шліфування кругами з карбіду кремнію або ж колами з наповнювачами з штучних алмазів або нітриду бору.

Відповідно до умов роботи елементів літакових конструкцій найбільш широкого поширення набули випробування на малоцікловую втому при повторному розтягуванні (пульсуючому, або з невеликим коефіцієнтом асиметрії  ). Слід мати на увазі, що при випробуваннях зразків з концентраторами напруги при додатку зовнішнього навантаження одного знака (наприклад, розтягує), якщо це навантаження досить висока, щоб викликати пластичну деформацію у вершини надрізу, в небезпечному перерізі навантаження фактично йтиме по знакозмінному циклу (рис . 9), оскільки при розвантаженні до  біля основи надрізу виникають залишкові напруги стиску.

Результати випробувань на малоцікловую втома найчастіше представляють в координатах «  »Або«  »(Рис. 10). Для оцінки чутливості до повторних навантажень результати випробувань представляються також кривими К-N, де .


ЛІТЕРАТУРА

1. Вейбулль В. Втомні випробування і аналіз їх результатів. М .. «Машинобудування», 1964.

2.Guite for Fatige Testing a statistical Analysis II-nd Edition, ASTM, STP, 1964.

3. Гальперін М. Я. Про розсіянні характеристик витривалості по початку утворення тріщини і остаточного руйнування. - В кн. Механічна втома в статистичному аспекті. М., «Наука», 1969.

4. Eckel. Proceeding Amer. Sor. For Testing Materials, v. 41, р. 745, 1941.

5. Peterson R. E. Notch - Sensitivity Metal Fatigue, Mc grow - Hill Book Co, 1959.

6. І в а н о в а В. С. Циклічна міцність металів. М "АН СРСР, 1962.

7. Хейвуд Р. Б. Проектування з урахуванням втоми. М., «Машинобудування», 1969.

8. У а г а п о в Р. Д., Ш і ш о р і й а О. І., Хр і п і н а Л. А. Моделювання при випробуваннях на втому. Зб. «Випробування деталей машин на міцність». Під ред. Серенсена С. В. М., Машгиз, 1960.

9. Серенсен С. В., К о гаю в В. П., Шнейдеровіч Р. М. Несуча здатність і розрахунки деталей машин на міцність. М., Машгиз, 1963.

10. Механічна втома в статистичному аспекті. Під ред. С. В. Серенсена. М., «Наука», 1969.

11. Дерягин Г. А., Штовба Ю. К., Шнеерова Е. І. Про прискорених методах визначення межі витривалості алюмінієвих сплавів. - «Проблеми міцності», 1970, № 4.

12. Кудрявцев І. В. «Зав. лаб. »., 1961, № 4.

13. Машини та прилади для програмних випробувань на втому. Під ред. Гарф М. Е. АН УРСР, 1970.

14. М а р і н Н. І. Статична витривалість елементів авіаційних конструкцій. М., «Машинобудування», 1968.

15. Шабалін В. І. «Зав. лаб. », 1962, № 7.

16. Ратнер С. І. Руйнування при повторних навантаженнях. М., Оборонгиз, 1959.

17. Серенсен С. В. Міцність при малому числі циклів навантаження. М., «Наука», 1969.

18. Coffin. Trans. ASME, 1954, v. 76, р. 931.

19. Dubuc J. Trans. ASME, Ser, B 92, No 1, р. 39




ВИПРОБУВАННЯ НА СТІЙКІСТЬ | ВИПРОБУВАННЯ НА зім'яти | ВИПРОБУВАННЯ НА ТВЕРДІСТЬ | ВИПРОБУВАННЯ НА ВИГИН ДИСКІВ, опертих по контуру | З ВЕЛИКИМ ЧИСЛОМ ЦИКЛОВ НАВАНТАЖЕННЯ | Форма кривих втоми | Вплив частоти навантаження | Вплив асиметрії циклу | Вплив концентрації напружень | При складній напруженому стані |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати