Предельное состояние конструкционных материалов при асимметричном циклическом нагружении в условиях одноосного и сложного напряженных состояний тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ



л*

^ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

' ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ПРОЧНОСТИ

На правах рукописи

КРИЖАНОВСКИЙ ВЯЧЕСЛАВ. ИВАНОВИЧ

ПРВДЕЛЫЮЕ СОСТОЯНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ АСИММЕТРИЧНОМ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ В УСЛОВИЯХ ОДНООС1ЮГО И СЛОЖНОГО НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЙ

01.02.06. Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

АВТОРЕФЕРАТ .писсерташи на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киеп 1993

Работа выполнена а Ичсгитуте механики АН Украины

Научный руководитель: доктор технических наук ..

Голуб В.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бобырь Н.И.

кандидат технических наук, с.н.с. Ц^банев Г.В.

Ведущая организация - Киевский институт инженеров гражданской авиации

Зашита состоится " 9 " декабря 1996г. в часов на засе-

дании специализированного Совета Д 016.33.01 при Институте пробле прочности АН Украины по адресу: 252014, Киев-14, ул. Тимирязеве^ 2, конференцзал

• С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института проблем прочности АН Украины

" ^ " шЦа

Автореферат разослан " 7 " ИОлЬра__19®р.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ СПЕЦИАЛИЗИР0ВА11ЮГ0 СОВЕТА

доктор технических наук -V—^ -"' Ф.Ф.^игйняк

—— ...

Актуальность проблемы. Задачи ускорения научно-технического про-есса выдвинули обширный круг проблем для современного матинострое-я. Они связаны с необходимостью постоянного совершенствования техни-г;ких параметров изделий, с интенсификацией рабочих процессов, нзоб-пимостью повышения надежности и ресурса. Одно из основных требова-й, предъявляемых в машиностроении к материалам и конструкциям, задается в том, что в период эксплуатации они не должны разрушаться герять свои функциональные свойства.

Во многих практически важных случаях основные узльг и детали со-эменных конструкций подвергаются одновременному воздействию стати-:гсих и циклических нагрузок в условиях одноосного и сложного напря-того состояний. Наличие в деталях резких переходов сечений, выпол-лвих с малыми радиусами закруглений в виде выточек галтелей, отвер-создает концентрацию напряжений, практически всегда обусяавли-;т образование трещин усталости и усталостное разрушение. Особенное хчение эта проблема приобретает в энергетике,авиации, металлургии, I эксплуатации нефтехимического оборудования и т.д. В инженерных !ложениях расчеты конструкций и их элементов чаше всего подразуме-гг расчет и прогнозирование предельного состояния материалов в диа-. юне долговечностей, ограниченных предварительными зксперименталь-т исследованиями или полученных на их' основе аппроксимационных со-юшениях.

Решении проблемы оценки предельного состояния материалов и эле-ггов конструкций при циклическом нагружении в условиях одноосного и шного напряженного состояний посвящено значительное чисЯО работ Явственных и зарубежных ученых.. Подавляющее их большинство связано опросами оценки усталостной долговечности при симметричном цикле. ,

Существенный вклад в решение этой проблемы внесли И.Н.Биргер, Бидаль, Л.Джонсон, Т.П.Захарова, В.С.Иванова, А.Дж.Кеннеди, Р.Ко-адзава, А.А.Лебедев, И.А.Одинг, Г.С.Писаренко, С.В.Серенсен, С.Тай-В.Т.Трощенко и др. Ими созданы перспективные направления и полу-ы важные практически результаты.-

Однако к настоящему времени недостаточно изучен вопрос расчета и гнозирования предельного состояния в условиях асимметричного нагру-ия при различных видах напряженного состояния. Здесь определенный • ех достигнут в получении аналитических зависимостей расчета пре-ышх напряжений при асимметричном нагружении и одноосном напряжен-состоянии. В то же время, эти соотношения являются эмпирическими снованы на обработке полного объема испытаний при различных соот-

- 2 -

ношениях переменных и постоянных напряжений.

Еще менее решенной проблемой является исследование и оценка попе,пения материалов и элементов конструкций в условиях асимметричных циклоп нагружения при сложном напряженном состоянии,- Решение таких а дач строится на применении известных критериев усталостной и длител1 ной статической прочности, а также с использованием структур одному ных соотношений. При этом ограничения одномерных зависимостей также распространяются на случаи сложного напряженного состояния.

Целью работы является построение и экспериментальное обоснован моделей предельного состояния материалов при многоциклопом асимметр! mow нагружении и решение задач па расчету предельного состояния в у« ловилх одноосного и сложного напряженного состояний, включая:

- выбор и обоснование исходных соотношений, формулировку и обоснование "базовой" гипотезы;

- построение моделей предельного состояния в условиях одноосного напряженного состояния, обобщение их на сложное напряженное состоят назначение базового эксперимента и выявление механических эффекто!

- разработка методики, устройств и проведение комплекса экспериментального исследования усталости и кратковременной и длительной пр> ности при симметричном и асимметричном циклах нагружения;

- решение задач расчета н прогнозирования предельного состояния мат! риалов при многоцикловом асимметричном нагружении в условиях одно осного и сложного напряженного состояний и сопоставление результа тов расчета с экспериментом.

Достоверность полученных результатов в работе подтверждается х рогаим согласованием результатов расчета с оригинальными и заимствов ными из, литературы экспериментальными данными для широкого класса м таллических материалов.

В теоретической части при обосновании и разработке моделей использованы методы функционального анализа при планировании эксперимента - матричное исчисление, при определении коэффициентов и решен конкретных задач - численные методы и методы математической статист ни (доверительный интервал, коэффициент корреляции, критерий Фишера Задачи решались на ПЭВМ серии В1/ЛТ. В экспериментальной части испс зовались индуктивные и трансформаторные датчики дифференциального ч па, а также специально разработанные устройства. '

Научная новизна. Проанализированы и систематизированы существу шие подходы к расчету предельного состояния материалов при многоци* лопом асимметричном нагружении в условиях одноосного и сложного наг

енного состояний.

Нп оснопе статистического критерия Фишера с использованием сте-синой функции косинуса доказано существование "единой предельной диграммы", для широкого класса металлических материалов, инвариантной ремени до разрушения ,и построена модель предельного состояния для симметричного одноосного нагружения. Базовый эксперимент включает гандартные испытания на усталость при си?лиетричном цикле, на длитель-/п или кратковременную статическую прочность и единичный эксперимент, ч усталость при отнулесом цикле.

На основе гипотезы "единой предельной диаграммы", инвариантной <1,пу напряженного состояния, с использованием основных критериев прочисти, построена модель предельного состояния металлических материалов 5И сложном напряженном состоянии.

Практическая ценность. На основе "построенных моделей разработан :тод расчета и прогнозирования диаграмм предельных напряжений и вре-;ни бо разрушения при асимметричном нагружении в условиях одноосного сложного напряженного состояний, а также в условиях концентрации на-жжений. Для решения задач разработан пакет программ на языке ТУРБО 1Б1С, рассчитанных ня использование ПЭВМ.

Для различных видов напряженного состояния рассчитаны и спрогно-|рованы на несколько порядков диаграммы предельных напряжений, кри-1е усталости при асимметричном иикле и кривые длительной прочности шО^Усц для различных видов напряженного состояния, включая рас-'жение-сжатие, изгиб с кручением, кручение с растяжением-сжатием, ниентраиию напряжений.

Разра&отана методика эксперимента, экспериментально исследованы получены новые данные по усталости при симметричном и асимметричном клах нагружения кратковременной, длительной статической прочности, нетике разрушения конструкционных жаропрочных материалов, эксплуа-руемых в различного рода современных энергетических установках Ш7ВВД, ЭИ867, ЗИ827, ЭИ437Б).

Апробация работы^ Основные.положения диссертационной работы до-адывались и обсуждались на ХУ1, ХУП и ХУИ1 научньпс конференциях мо-пых ученых Института механики АН Украины (Киев, 1991, 1992, 1993гг.)

ХХ1У Научном совещании.по проблемам прочности двигателей (Москва, Э2г.), на конференции "Проблемы надежности и долговечности" (Москва Э2г.), на Научном совещании "Термовязкоупругопластические процессы Ирмироэамия в элементах конструкций" (Канев, 1992г.).

Публикации. По теме Диссертационной работы опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертдииенной работы- Диссертационная работа

изложена на 156 страницах машинописного текста, иллюстрируется рис} ками и таблицами на 39 страницах и состоит К5 введения, четырех гл£ заключения, списка литературы из 154 наименований и приложения на ] страницах.

Основные положения, предстаьляемые к защите. Принцип построен! моделей предельного состояния материалов при асимметричном нагруже( основанный на гипотезе о существовании "единой предельной диаграмм! инвариантной времени до разрушения и виду напряженного состояния.

Методика расчета и прогнозирования предельного состояния мате] алов при различных видах напряженного состояния, основанная на использовании идентифицирующего вид предельной диаграммы экспериме! при отнулевом асимметричном цикле,.при котором соблюдается равенст) напряжений в цикле и равенство степени асимметрии при любой долгов! ности.

■ Содержание работы

Во введении дан краткий анализ состояния проблемы, обоснована актуальность для народного ходяйства задач, составивших предмет ис следования, охарактеризованы новизна и практическая ценность получ ных результатов и сущность основных научных положений, вынесенных защиту.

В первой главе изложены основные представления'о существующих методах и подходах расчета предельного состояния материалов в уело ях многоииклового асимметричного нагружения при одноосном и сложно напряженном состояниях. Рассмотрены и проанализированы структуры и лестных уравнений, предложенных различными авторами для расчета и прогнозирования предельного состояния при различных видах напряжен го состояния и на этой основе сформулированы цель и задачи диссерт тонной работы.

В общем случав сложногр напряженного состояния, при одновреме воздействии постоянной и переменной нагрузок,условие циклического гр^ения задается в виде

где и 6>г| - компоненты тензора среднего напряжения и амплитудь циклического напряжения соответственно; | - частота изменения

А = —- коэффициент амплитуд, - характеризующий асимметрию ла; рде сЛГавол Кронекера.

В настоящее время оценки и прогнозирование предельного состояния териалов при асимметричном многоиикяовом нагружении осуществляются использованием диаграмм предельных напряжений и соответствующих ана-тических соотношений. Наибольшее распространение здесь получили раз-чные эмпирические уравнения, получаемые по результатам обработки сперИментальных данных-в форме диаграмм предельных напряжений. Оче-пным недостатком такого рода соотношений является необходимость лро-иения большого объема испытаний с варьируемой асимметрией цикла. Воз-кности же их весьма ограничены, поскольку они справедливы для тех реи условий нагружения, для которых определена структура аппрокси-эующих уравнений и значения входящих в них коэффициентов. Более пер-?ктивкыми представляются известные соотношения Гудмана, Гербера, Пи-5енко-Лебедева, Смита, Одинга, не содержащие неизвестных коэффиииен-).. Однако, все эти соотношения достаточно жестко фиксируют форму пре-1ьной кривой независимо ни от материала, ни от условий нагружения. :периментально же установлено, что для одного и того же материала, в 1ИСИМОСТИ, например от уровня температуры, форма предельных диаграмм :ет изменяться от прямой линии до выпуклых вверх или вниз кривых. В тности, в работе показано, что уравнение Гудмана может быть исполь-ано для хрупких сталей, а соотношение Гербера для мягких сталей, об-ающих соответственно повышенной и пониженной чувствительностью к мметрии цикла.

Для оценки предельного состояния при сложном напряженном, состоя-можно выделить два подхода. Первый основан на-использовании тех же /ктур уравнений, которые получены в условиях одноосного нагружения. зтором подходе в качестве номпонент действующих нагрузок использу-т эквивалентные напряжения,, формирующиеся на основе известных кри-1йв прочности. Чаше всего при этом используются соотношения Писа-ю-Лебедева,.Серенсена, Гольцева. Однако, как и в одномерном случае фшиенты, входящие в уравнения, достаточно жестко задают форму !ельно# диаграммы.

Отсутствие адекватной реальному процессу разрушения модели с сис-|й легковоспроизводимых базовых экспериментов, а также практическая ходимость разработки методов расчета предельного состояния при пик-ском асимметричном нагружении в условиях одноосного и сложного на-енного состояний определили цель и задачи настоящего исследования.

Во второй главе выбраны и обоснованы исходные предположения, ги-зы и соотношения, сформулированы основные принципы для построения 1ей предельного состояния и на этой основе построены'соответствую-

- б -

шие модели расчета и прогнозирования предельного состояния в условия асимметрии цикла и различных видов напряженного состояния. Выявлены новые механические эффекты и сформулирован базовый эксперимент.

В работе решение задачи построения модели предельного состояния при асимметричном нагружении строится на основе гипотезы "единой пре дельно? диаграммы", инвариантной времени до разрушения для одноосног напряженного состояния и виду напряженного состояния для сложного на пряженного состояния. Существование "единой диаграммы" оценивалось п результатам обработки экспериментальных данных для широкого класса материалов, диапазона температур и долговечностей г. использованием статистического критерия Фишера. При этом сравнивались экспериментам пая дисперсия напряжений по стандартной кривой усталости и расчетная дисперсия экспериментальных точек в модифицированной системе координат. Отношения больших значений дисперсий к меньшим сравнивались с табличными значениями.

Результаты соответствующей обработки известных и оригинальных экспериментальных данных приведены на рис.1. Из рисунка видно, что "единая предельная диаграмма" действительно существует и удовлетвори тельно.описывается степенной функцией косинуса, т.е. получено, что н

1

© 35

VI О О

о-

П V

он 05

ч О {>0

0 «я » • м

0,5

е. |ч*

Рис. I. Обобщенные диаграммы предельных напряжений для области умере

ЭИ9290Д (о при <5= 700 °С; ЗП2§1 (0,4 ,♦) при 9 - ..56Й °С; 20X13 при в = 500 -'С на базах I (о,о, д ,<>,<>,«), 10 (о,а,д I

л«).

одна из расчетных величин критерия Фишера не превосходит табличного (табл.1).

Установлено что н зависимом .1 от класса материала и уровня тем перчтуры существует два типа "ед..ных предельных кривых'¡близких к пря

0

1

Таблица I

¡плав ЭИ867 ЭП109 ЭИ929ВД ВЖЛ12У

'.мперату-1 (°С) 20 600 900 950 600 800 900 750 20 600 1000

ъем нырки 9/12 9/12 10/8 10/8 в/8 8/8 8/12 /9/8 ' 8/8 9/8 П/10

табл. 3,07 3,07 3,07 3,07 3,44 3,28 3,28 3,23 3^4 3,13

расчет. 1,36 Г, 65 2,42 2,44 3,41 2,63 1,64 1,36 г,зэ № 1,28 |

й линии (рис.1/1) и выпуклых вверх (рис. 1(5).

Исходя из выбранной системы координат при построении "единых пре-льных диаграмм", уравнение связи между предельными напряжениями при имме-тричном нагружении можно задать уравнением^

ба ТГ С

ЫИ?

Во

Т <5^

г б6

в

(2)

гда статическая прочность ограничена пределом прочности авнением

I я

или

(3)

НЧШ^тК^)1,,

лда статическая прочность ограничена пределом длительной статической 1ЧН0СТИ ^ . Показатель степени Д определен в дальнейшем как коэф-жент формы диаграмм, в обшем случае зависит от материала и уровня тсрптуры. Для диаграмм, близких к прямой линии', он равен 2, для вы-•лых вверх - изменяется от 0,3 до I.

При использовании в расчетах максимальных и минимальных б^о. ряжений, уравнения (2) и (3) решаются относительно и и со-етствуюшие структуры могут быть записаны в виде

(

НИШ*6^

Ы1Л ■>!;].

бм

-и

1 бе

виде ч _

И! Л

УмяХ. 64 "

щ . к

(4)

(5)

(6) (7)

В работе построенные одномерные модели обобщены на случай слоен го напряженного состояния. При этом рассмотрено два случая: симметри ное и асимметричное сложное напряженное состояние.

Симметричное сложное налряжедегое состояние - когда все комлонен ты тензора напряжений изменяются по симметричному закону. В этом слу чае задача не может быть сведена к одноосному асимметричному циклу и структура модели для сложного напряженного состояния повторяет структуру для одноосного напряженного состояния. В частности, используя уравнение (2) для симметричного кручения с растяжением-сжатием, соответствующая структура уравнения расчета предельного состояния будет иметь вид ъ _ _ 1

где бй и ^ - нормальное н касательное напряжения цикла соответственно; и - предел ограниченной выносливости при Тд = 0 и 6, -

= 0 соответственно; ^ - коэффициент формы диаграмм, зависящий от материала, уровня температуры и вм^а напряженного состояния.

Асимметричное сложное напряженное состояние - когда хотя бы одна из компонент тензора напряжений является статической. В этом случае задача построения моделей может быть сведена к одноосному асимметричному нагружению. В этом случае уравнения (2) и (3) могут быть обобщены на случай сложного напряженного состояния за счет использования пкпивелентных напряжений или так называемых критериев прочности. Тогда соответственно получаем

0

ИЛИ (

где характеристики сопротивления усталости , кратковременной б6 , длительной статической прочности .и коэффициент £ принимаются из экспериментов при одноосном .напряженном состоянии экви-

валентные переменные и постоянные напряжения цикла соответственно, принимаются на основе критериев прочности.

Конкретизация эквивалентных напряжений в уравнениях (9) и (10) опрепеляется классом материалов и условиями нагр^лкения. В частности,' для пластичных изотропных материалов, для которых в качестве критерия

клической прочности принят критерий интенсивности касательных напря-мпй , а в качестве критерия длительной прочности - критерий ин-1СИ1МЮСТИ нормальных напряжений соответствующие структуры ураа-(ий имеют вид " ,

Для класса жаропрочных материалов, используя в качестве критерия ялостной прочности критерий относительних поперечных деформаций, а ачептпе критерия длительной статической прочности - критерий Сдоена, соответственно получаем

I

ч М5^)!. и«

Для решения задач на основе построенных моделей необходимо опреть параметры и коэффициенты , входящих в исходные уравнения.' В • стве базовых используется стандартная кривая усталости при симмет-ом цикле, диаграмма растяжения или кривая длительной статической ности.

Для определения коэффициентов формы диаграмм при одноосном на-внном состоянии Я и сложном напряженном состоянии ^ предлагается цьзовать дополнительный единичный базовый эксперимент. Коэффициент Д определяется по результатам единичного эксперимен-5И отнулевом цикле. В атом случае статическая и циклическая компо-I равны между собой и коэффициент амплитуд равен X и не зависит шговечности. В условиях повышенных температур возможно использо-критическое значение коэффициента амплитуд А^, , которое являет-зической константой и характеризует переход от усталостного разня к длительному статическому и так^же не зависит от долговечно-

Аналитические зависимости для определения Я на основании (2) и удут иметь вид

Л =

tj]

h

mit

Л. ~ ^ rft. SrTI j

(16)

il 5t

где ба , ^т " амплитуда циклического напряжения и среднее напряжение отнулевого цикла (бй° =6^ ) в дополнительном эксперименте; ^ , б' - предел усталости при симметричном цикле и предел длительной прочности, получаемые в эксперименте при отнулевом «икле с напряжени ями 5« и •

В случае сложного напряженного состояния дополнительный экслери мент для определений?известного коэффициента молгет быть поставлен при условии равенства интенсивностей напряжений. В этом случае аналс гично (15) величина ^ может быть найдена из соотношения

u Gg 6ч - £<з бп

(17)

где и Т° - амплитуды циклических напряжений при ^{Jt^ , с ределяемые в дополнительном эксперименте; и - пределы ограт ченной выносливости, получаемые в эксперименте при =уЗ

Структура исходных уравнений (2) и (3) позволяет получить практ чески весь спектр форм предельных диаграмм при изменении температурь (рис. 2,а). Этот спектр включает, как видно, выпуклые и вогнутые кри£

и линии, близкие к прямой. ,

Эти уравнения позволяют также описать'изменение формы пределы« диаграмм, связанное с существенно различной зависимостью ограничен« поел ел ов усталости и длительной прочности от базы испытаний (рис, .2,6.

6л з S'il 2

6ш

Pue. 2. диаграммы предельных иинрякенкй при варьировании теunературы U) и долговечности (б).

Третья глава посвящена разработке методики экспериментального следования предельного состояния при асимметричном многоцикловом кружении и кинетики разрушения, планированию эксперимента, анализу обработке полученных экспериментальных данных.

Экспериментальная часть исследования выполнена на испытательных шинах осевого нагружения МИР-СТ иЗЭТ-З/З. Циклическая нагрузка завалясь в осевом направлении с частотой 35 Гц. Регистрация и конт-ль температуры выполнялись с поыонью высокоточного регулятора тем-ратуры ВРТ-3, а также потенциометра КСП-2. Для получения характери-ик кратковременной прочности использовался прибор самопишущий двух-ординатный типа К307.

В качестве объекта экспериментального исследования выбраны жаро-очные материалы ЭИ437БЗД, ЗИ437Б,ЭИ867, ЭИ827, широко...используемые современном энергомашиностроении. База испытаний составила 10 -30 часов, температурный интервал от,20 до Ц00 °С. Эксперименталь-ъ данные представлены в виде кривых усталости при симметричном и шметричном циклах, диаграмм предельных напряжений, кривых длитель-5 статической прочности при <з0 = 0 и = ТЛЬ^и диаграмм, растяже-т.

В четвертой главе изложены методы расчета предельных напряжений юлговечности в условиях асимметричного циклического нагружения при юосном и сложном напряженном состояниях, а также для случая кон-1трации напряжений, Дается сопоставление результатов расчета с зкс-|Иментальными-данными настоящей работы и с данными других авторов.

Для расчета предельного состояния были использованы модели, поенные во второй главе. Рассчитывались и сопоставлялись с экспери-том кривые усталости по параметру среднего напряжения , кривые тельной прочности по параметру циклической компоненты и диа-ммы предельных напряжений.

Для циклической долговечности в области умеренных температур поено

йЙШ5, <18>

области высоких температур

V,__1 ____(£9)

■ , 0 - коэффициенты кривой усталости при симметричном цикле;

- частота нагружения; = Д -С • Как видно, прибщ = 0 уравнения

(10) и (19) описывают кривые усталости при симметричном цикле. Для длительной прочности получено

где Б^ • — коэффициенты кривой длительной прочности при отсутстви! действия циклической компоненты; С^, = В частности, при = О

уравнение (20) описывает стандартную кривую длительной прочности.

Уравнения (18)-(20) решаются численно методом итераций. В качестве первого приближения принимается значение долговечности для симметричного цикла или длительной статической прочности соответственнс Результаты расчетов согласно (18)-(2С) приведены на рис. За>б.

6jma

356 зоо ¿50 200

150

J00

4N „ Ч

\Че V S

« 0 -л

\\\ -ecbV >оо\

f _$о Ci

\ п ^ 11 II \w

6Ш1МПй &50

6 СО 550 500 (50

10* Ю5 Ш6а 137Пк,ЧИКЯ

j(00

*

W V

V \ л

V ■

ï

0J 1

S

10

JOB ^40С

б.МПаг^

ЬОО&^НПа

Рис. 3. Экспериментальные (точки) и расчетные (линии) кривые усталости (а), длительной прочности (б) и диаграммы предельных напряжений (в,г),сплавов ЭИ867 при температуре в = 950 °С (а) и ЭПЮ9 при д =

/ , »-IJJlCiD WO ! 4Un ICiWIJbLJQl VUC V = JOU U V, iX ) И пц и

= 800 С (6),S„ = 100 (в) и 200 (в) МПа, = 100 (О МПа. И диаграмм предельных напряжений (в,г) для еллава ЭП109 при в = 900 °С (в) и ЭИ867 при 9 = 950 °С (г) на базах I (о), Ю (о) и 1000 (•) ч.

Расчеты диаграмм предельных напряжений, выполненные на основани уравнения (2), сопоставлены на рис. Зв,г с экспериментальными данным /1дя построения диаграмм в координатах (6тч< .^¡п,- ) были использованы уравнения (4)-(7).

Результаты расчетов, представленные на рисунке 4а, - для умерен-¡ых и 46 - для высоких температур, удачно согласуются с эксперимен-альными данными.

¡0 0 600 900 1200 6"т,МПа

6т,Ма

4. Экспериментальные (точки) и расчетные (линии) зависимости

ежпу максимальным (минимальным) и средним напряжением _.. ... г ... _ а ЭИ867 при температурах 9 = 20 (а) и 950 С (б) на базах I (°), —-); 10 То), (-ü) и 100 ч («•), ' '

цикла для спла-

.. "С (б) на ба .

При расчете диаграмм предельных напряжений при сложном напряжен-ом состоянии соответствующие уравнения для симметричного и асиммет-ичного сложного напряженного состояний записываются в виде'

1

сп п.

в виде

л. )■)

(21)

(22)

де Сп ,Ь , Т) , 6 - коэффициенты кривых усталости при изгибе и кру-ении; » К - коэффициенты кривых длительной прочности при кручении. Результаты расчетов, выполненные по уравнениям (21) и (22), сопо-

тазлены на рис-. 5а,б с энслешментальными данными

Í5 J0 5

os>1

\ А

\

бДиЛа 5 00 400

J00 200 W

6

¿>-, -о—

\

ч

\ \

г-

ис

e 13/l МПО О 100 200 SOOgAOO 500 600^2.МПа 5. Экеперимен'&льные (точки) и расчетные (линии) зависимости мея-у переменным кручением/и переменным изгибом (а) и переменным изгибом ^поето^^кручением (б) образцов из стали с 0,1 % углерода (а),

В условиях концентрации напряжений для стержней из сплава ЭПЮ1 в качестве эквивалентных напряжений усталости выбрана интенсивность нормальных напряжений , а в качестве эквивалентных напряжений дл: тельной прочности - интенсивность касательных напряжений . В это! случае для зависимости между амплитудой циклического напряжения и средним напряжением 6™

С

^el/24- 56-5 ,856cLg + 0,36 ск\

стержней с .концентратором из (9)

I А

Вп пл

(23)

5,38 -0,6(1 5

Для стержней из сплава б -816 в качестве эквивалентных напряже выбраны соответственно интенсивность касательных напряжений Т^ и ок одричеокое касательное напряжение <С0К,. Для зависимости между предел .ними напряжениями и из (9) получаем

■о,е>Хв

5, за

¿6V 24,56 -5,856 О, 5G cL7^

_J_

вл п.

(24) .

X [с,*

лг cUVKse-s.BssJU-» о,зе ¿V

IVT 5,38 - g. "с

Результаты расчетов, выполненные по уравнениям (23) и (24), сс стапленн на рис. б с экспериментальными данными

<МПа

150

200 ЗСО^СС, 500 е^МПа

ь-

N о Л V >

\ va 1 1 1 -

П 1 1 1 г 1 J L -с

Рис. 6. Экспериментальные (точки) и расчетные (линии) зависимости" t ,пу переменным и постоянным напряжением в условиях концентрации наш женин, рассчитанные при асимметричном изменении компонент тензора i пряжении для сплавов ЭПГ09 при температуре б = 800 °С (а) и $-8П при 6 = 900 °С (б).

В челом, ад приведенных на рис. 3-6 результатов видно, что р четные данные удовлетворительно согласуются'с экспериментом. В оси нем погрешность колеблется в пределах от 10 до 28 %. Максимальная грешность в 43 % имеет мест о-при расчете предельного состояния сте

!Й с концентратором напряжений из сплава -816 и связана с отсутст-:егл адекватно?} структуры эквивалентного напряжения по длительней ючности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ II ВЫВОД}

1. Дан критический анализ известных методов и подходов п оценке »сдельного состояния материалов с условиях асимметричного шпслнческо-' нагругшия при одноосном к сложном напряженном состояниях. Выполнен :ализ известных аналитических соотношений на основе сравнения расистах данных с экспериментом. Показано, что погрешности носят не только ишчественнь::";, но и качественный характер п не могут быть объяснены лько за счет статистической природы свойств материала."

2. С^ормулкрован Ii аналитически обоснован принцип построения молей предельного состояния, основанный на использовании гипотезы о пестзовашш "единой предельной кривой", инвариантной времени до раз-ыения и ввду напряженного состояния, п предложена методика определе-¡я коэффициентов.

3. Сформулировано условие существования "единой изохронной пре-льной диаграммы" с использованием статистического критерия Фишера

■е пенной функции косинуса, и на ото": основе построена одномерная моль предельного состояния п дано ее обобщение на слогшое напряженное стояниеi" Базовый эксперимент является стандартным и включает кривую талости при симметричном цикле и кривую длительной прочности или пгра.мму растлиенпя. Для идентификации формы "единой диаграммы" пред-жен о использовать единичный эксперимент при откулевом цикле.

4. Решены задачи расчета предельного состояния гладких образцов п мяогоциклоэом асимметричном нагрукенни в условиях одноосного пашенного состояния iipn растя;:сеянп-с*атп!1 .ч в условия:: сложного наклейного состояния, включая изгиб с кручением, кручение с растя:::е-ег.-1-с.т.атием, а такие, образцов с концентрацне?! напрянений при растя-нпи-сиатии. Результаты расчетов сопоставлены с экспериментальными иными, полученными а настоящей работе, а гакно. с известными окспери-нталышш данный, и получено удовлетворительное .согласование расчес экспериментом.

5. Разработана методика эксперимента, экспериментально исследово-и обобщены новые данные по усталости при симметричном н асишотрич-

и циклах нагрухения, кратковременной.и длительной прочности," кинети-оазрушения жаропрочных металлических материалов (ЗИ437БВД, ЭИ437Б, 627, Э11867) в условиях линейного напряженного-'состояния..

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих

публикациях:

1. Крижановекий В.И. К вопросу оценки и прогнозирования предельного состояния материалов при асимметричном многоцикловом нагружении / Тр. ХУ1 науч. конф. мол. ученых Ин-та механики АН Украины, Киев, 17-21 мая, 1881. - Ч.Г / Ин-т механики АН Украины. - Киев, 1991.

4259-91 от 12.II.91. - С. 112-118.

2. Голуб В.П., Крижановекий В.И. Метод расчета диаграмм предельных ь пряжений при асимметричном на'гружении и сложном напряженном состс нии // ХХ1У Научное совещание по проблемам прочности двигателей: Тез.. докл. - М.: Изд-во Щ&М, 1992. - С. 16-17.

3. Голуб В.П., Крижановекий В.И. Влияние предварительной пластическс деформации на кинетику усталостной поврежденности // Проблемы надежности и долговечности: Тем. сб. тезисов науч.'докл. Под ред. Б.В.Бойиова, В.3.Кондратова. - М.: Изд-во МАИ, 1992. - С. 33.

4. Голуб В.П., Крижановекий В.И. Предельное состояние изотропных металлических материалов при асимметричном нагружении и сложном на-

■ пряженном состоянии // Терновязкоупругопластические процессы дефс мирования в элементах конструкций: Тем. сб.' тезисов науч. докл. I ред. Ю.Н.Шевченко. - Изд-во Ин-та электродинамики АН Украины,1992

5. Крижановекий В.И. Модель предельного состояния изотропных матери; лов при Асимметричном одноосном нагружении // '1р. ХУЛ науч. конф, мол. ученых Ин-та механики АН Украины, Киев, 19-22 мая, 1992. -4.1 / Ин-т механики АН Украины. - Киев, 1992. - С. 86-90.

6. Крижановекий В.И. Предельное состояние материалов при циклическо! нагружении и сложном напряженном состоянии // Тр. ХУНТ науч. конф мол. ученых Йн-та механики АН Украины, Киев, 18-21 мая, 1993. -4.1 / Ин-т механики АН Украины. - Киев, 1993. - С.?<г72

С. 20