Разрушение алюминиевых сплавов в условиях циклического нагружения с перегрузками тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

НАЦЮНАЛЬНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ УКРАТНИ

"КИТВСЬКИЙ П0Л1ТЕХН1ЧНИЙ ИНСТИТУТ"

л п

на правах рукопнсу УДК 539,375

CAB4F' О Олвксандр В1тал1йович

РУЙНУВ* 1 АЛЮМ1Н1СВИХ СПЛАВ1В В УМОВАХ <Л1ЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ 3 . ЧАНТАЖЕННЯМИ

О Л Ос?', о &

СПЕЦ1А71ЬН1СТЬ ,3 - Динам!ка, м1цн1сть машин, приладш í аларатури

АВТОРЕФЕРАТ дисартацГа' на здобутгя наукового ступсня кандидата техннних наук

КИТВ - 1996

Дисартацкю « рукопис.

Роботу аиконано на кафадр) динамки I м!цност1 машин та опору мат«р1ал« Нацюнвльного Т«хнмного Унперситвту УкраТни "КиТвський полггехннний ¡нститут".

Науковнй кер1аник — доктор техн'ннмх наук, профссор

Антипов С.О.

Науковий консультант — доктор твхнЫних наук, профаеор

Бобмр МЛ.

Оф1ц1йн1 опоиакти

Пров 1дне п1длриемсгао

— доктор .тахн'мних наук 1гнатович С.Р.

— кандидат технмних наук Свменець 0.1.

- КиАВО, м.Кж'в

Захист ашбудеться ^ фё^Р^ФСс? 1995 р. о 15 годин! на засманн! спац1ал1зоааноТ ачано? ради Д01.02.18 а Национальному тахнмному уншарситат! УкраУии "КиТвський полггехннний ¡нститут" за адресою: 252056, м.Кжв-56, пр.Перемоги, 37, корп.Ы1, ауд.Ы166.

3 дисертацюю можна ознаиомитис» у ¿¡блютеш ушаерситету.

Ааторафарат роздано "М ' 1996 р.

Вчений секретер

спец1алЬованоТ вченоТ ради, ^— Ьоронко О.О.

кандидат твхн!чний наук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬШСТЬ РОБОТИ. Зросгаюч! вимоги до над!йносм та довгов'мност! сучасних машин визначають актуальн!сть досл!джень направлених на pojbhtok метод!» прогнозування руйнування елеменпв конструкций, в тому числ! при наявност! в них тр!щин втоми. Детал! та вузли сучасних конструкфй експлуатуються в умовах зм!ни ампл!туди та Ыкових викид1в процесу цикл'много навантаження (перевантаження), як i суттево впливають на швидюсть зростання тр!щин втоми.

Анализ лпературних даних св!дчить, що вплив перевантаження для рЬних стадй експлуатацн на розвиток тр!щин втоми залишаеться недостатньо вивченим. К!льк!сть результата експериментальних робгг по ц!й проблем! обмежена. Вони не м!стять в!домостей rio багатьом материалам та умовам цикличного навантаження. Велика KLnbK¡CTb конструкфй, що експлуатуються на сьогодж, спроектована з використанням розрахункових методов, як! базуються на л!н!йному додаванн! прир!ет!в довжин тр!щин без врахування взаемоди амплгтуд навантажень р'иного рюня. Це приводить до значного занижения ix розрахункового ресурсу.

Критичний розгляд моделей, запропонованих для розрахунковоУ офнки впливу перевантажень на упов!льнення зростання тр!щин втоми показав, що вони не можугь усп!шно викэристовуватись для визначення ресурсу конструки!й, тому що описуютъ лише одиничн! залежност!, отриман! при випробуванн! зразк!в певного типу в вузьких д!апазонах змш довжин тр!щин, не враховують Д1ю декшькох перевантажень, po3MÍpie та ¡нших факторш.

В зв'язку з мим проблема оц!нки руйнування конструкфйних матер!ал1в в умовах нестацюнарного цикличного навантаження, включаючого перевантаження, е актуальною.

МЕТА ДИСЕРТАЦП полягае у встановленн! законом!рностей зростання тр!щин втоми i розробц! методу розрахунку життездатносп листових елемент!в конструкц!й, працюючих в умовах цикл1чного навантаження з перавантаженням.

Згцно до вказаноУ мети сформульован! наступи! основн! задач!:

- розвиток методики та засоб!о випробувань листових матер!ал!в в умовах цикл'много навантаження, наближених до експлуатацмних;

- досл!дження впливу одиничних перевантажень на onip матер!ал!в руйнуванню втомою;

- вивчення к!нетики закриття тр!щини втоми а умовах цикл!чного наяан1аж»ння i перевантаженням;

- розробка методики прогнозування життездатност! влемвнт1в конструкц1й ■ умовах циклмного навантаження з перевантаженням.

МЕТОДИ ДОСШДЖЕНЬ. Вивнення опору руйнуванню В1д втоми виконано на основ! метод!в та критернв механики руйнування. Анал!з та опрацювання результат« експериментальних досл!джень зд!йснено з використанням сучасних чисельних метод!в, оформлених у вигляд! прикладннх програм для персонального комп'ютера.

НАУКОВА НОВИЗНА здобутих у дисертацм результата полягае у наступному :

- розроблена методика досл1дження опору руйнуванню в>д втоми елементш листових конструкфй, яка дозволяе вивчати д!ю циклмного навантаження сп'тпедвючого та перпендикулярного налрямку трсщини;

- з'ясоаан! закономерности впливу перевантажень на швидк!сть зростання трнцин втоми в листових зразках для р!зних матер1ал1в та довжин трпцин;

- вивчена юнетика закриття трицин втоми у зв'зку з цикл ¡мним навамтаженням з перевантаженням;

- запропонована та апробована для розрахунку зростання тркцини втоми п!сля дм перевантаження, модель ефективного коефщкнту ¡нтенсивност! напружень (ЮН), яка враховуе тр!щиност1йк!сть матер!ал1в, р!вн! перевантаження I циклмного навантаження у момент дн перевантаження:

ПРАКТИЧНА Ц1НН1СТЬ ДИСЕРТАЦ|'|. Розроблена експериментальна методика комплексного досл!дження руйнування листових елемент'ш конструкций в умовах нерегулярного цикл!чного навантаження. Отриман! нов! реэультати юнетикм зростання трицин втоми в атом!н!евих сплавах Д16чТ та 1973Т2 для рЬних довжин трщини в умовах циклнного нааантаженням з перевантаженням. Стосовно доел!джених матер1алш та умов навантаження запропонована модель ефективного ЮН, яка дозволяс прогнозувати живучесть елементш конструкций, працгаючих в умовах цикЛ1чного навантаження з перевантаженням.

РЕАЛ13АЦ1Я РЕЗУЛЬТАТ!В РОБОТИ. Запропонована методика досл!дження та прогнозування руйнування листових елементш конструкфй та одержан! нов! •кспериментальн! дан! можуть використовуватися при проектуванн! нових та визначення залишкового ресурсу працюючих об'скт!в ав!акосм!чного комплексу та •нергетичного машинобудування. Основн! результати роботи, висновки ! рекомендаци впроваджено на пмприемств! АНТК "АНТОНОВ" при проектуванн! та експлуатацн ■иро6!в ново! техжки.

АПР0БАЦ1Я РОБОТИ. Викладеж в дисертаци результати допов1далися ! були обговорен! на МЬкнароднж науково-техн!чн!й конференцн студент!в, молодих вчених та слефалктш "Молод! вчен! у вирмиенж комплексно!' програми науково-техжчного прогресу кра'Гн-член1в РЕВ" (Ки'ш, 19-22 квтя 1989 р.); XVI та XVIII наукових

конференц!ях молодих вчених 1н-гу мехашки HAH УкраУни ( КиУв, 21-24 травня 1991 р. та 18-21 травня 1993 р. вщповщно ); наукоао-технмшй конференци "(Бундам ентальж та лрикладн! проблем» косммннх досл!джень" (Житомир, 23-25 червня 1993 р.); на зас1данж кафедри ДММ та ОМ мехажко-машинобуд1вельного факультету НТУУ "КП1" (24 кв'гтня 1996 р.).

ПУ6Л1КАЦИ. За матер!алами дисертацП'опублковоно 11 наукових праць.

СТРУКТУРА I ОБ'СМ РОБОТИ. Дисертацш складаеться з! вступу, чотирьох розд!лш, заключения, списку лггератури з 146 найменувань та додатку. Загальний обсяг дисертац!У складае 125 сторшки друкованого тексту, 65 малюнкш та 12 таблиць.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ.

У вступжй частиж дисертаци дано обгруитування актуальност! виконаного дослщження, сформульоваж ц1ль та задач! робота, викладен! основн! результата та положения, що виносяться на захист. У першому роздЫ зроблено огляд л'перитурнчх даних з основних пнтань, що порушен! в дисертацп. Приведено детальний анал1з моделей та крктерй'в зростання трицин при циклнному нааантаженн!. Детально розглянуто ефект закритгя тр!щин, його мехажзми та методики кшьюстноУ оц'тки. Показано, що залежжсть р!вня закриття тр1щини в!д параметрт циклнного навантаження, налружено-деформованого стану материалу i геометрiY тр|щини дае змогу пояснити числен! к1нвтичж ефекти руйнування втомою, в тому числ! при наявност! гжових викидю (перевантажень) процесу циклнного навантаження. На ochobi анал1зу досл!джень, присвячених кЫетиц! росту тр!щин а уновах нестафонарного циюшного навантаження показано, що природа, мехажзми i фактори, обумовлююч! Vi особливост! внвчен! недостатньо, в!дсутн! дан! про вплиа р!вня перевантажень на оп!р зростанню традин втоми багатьох конструкцшних матер!алЬ. Критичний розгляд в!домих моделей, залропонованих для розрахунковоУ оц!нки впливу ефвкта перевантажень на уповшьнення зростання тр1щин показав, що вони не можутъ бути усп'шно використан! в прикладних розрахунках, так як описують лише данн!, отрнман! при досл!дженж зразкш визначеного типу, не дозволяють враховувати дно дек!лекох посл!довних перевантажень, вплиа товщини листа та !нших фактор!в. На основ! литературного огляду сформульован! мета та задач! дисерташйноУ роботи.

Для досягнення сформульованоУ мети та задач дисергац!йноТ робот» розроблена комплексна методика, що дозволяе досл!джувати р!зномажтж аспекта руйнування листових конструкц1Йних матер ¡ал i» в умовах нестац!онарного циклнного навантаження.

Основною особливктю розробленоУ методики е можливкть досл!дження законом¡рностей юнетики руйнування втомою за умов диференфйованого силового навантаження вздовж та впоперек тр|щини, використовуючи розривну машину на однов!сний розтяг. Це дае змогу розщирити рамки моделювання реальноУ поведшки трнцини втоми та наблизити умови навантаження експериментальних досл!джень до експлуатацйних. Методика базуеться на використанн! розробленого захвату та хрестоаидного зразка, оптим!зованого по стввщношенню габаритних розм!р!в та розм!р1в робочоУ зони. Захват конструктивно представляе собою низку шаржрних пар, 3|6раних в пакет 1 стягнутих пластинами. Для запоб|гання заклинення пар у конструкци передбачеш упорж стержж. (Ыксацгя зразка у захват! здмснюеться за допомогою спеф'альних прижим ¡в, як! затягуються динамометричним клюнем до певного зусилля, яке виключас зсув пелюсток зразка. Довгострокове використання захвата обумовлене виготоаленням його деталей !з стал! 35ХГСА та терм1чною обробкою його елеменпв. Запропонований захват забезпечуе перерозпод'ш зусилля розтягу по ширин! зразка, що дас змогу використовувати в досл1дженнях усненин хрестовидний зразок, проспший у виготовленж, та суттево б!льш ефективно використовуючий досл1джуваний матер!ал, нгж загальнов!домнй зразок з прорЬами. У дажй робот!, використання запропонованих зразка та захвата дозволило дослщити юнетику тркцин втоми зг!дно двух схем навантаження (мал. 1). Перевярка однорщност! напружено-деформованого стану робочоУ зони зразка виконана шляхом тензометри. Тензорезисторн, в к!лькост! ста одиниць, наклеюаались на зразок без тр!щини таким чином, щоб аизначити перерозпод!л зусилля розтягу по шириж робочоУ зони, згин зразка та однор|дн!сп> поля деформацж його робочоУ зони. Г)ор!вняння показчиюв симетрнчно розташованих тензорезистор!в, св!дчнть про в1дсутн!стъ згину та симетричжсть ! р1вном|'рн1сть розподту зусилля М1Ж пелюстками зразка. Використовуючи пакет прикладних програм, розроблених на кафедр! ДММ та ОМ НТУУ "КПГ, по деформац!ям м!сць наклейки тензорезистор!в розрахований напружено-деформований стан робочоУ зони зразка. Встановлена площа облает!, для якоУ в!дхилення напруг в!д величини середньоУ налруги робочоУ зони зразка на перавищувала 5% (табл.1).

Таблиця 1.

Ном!на/1»н1 налруження робочоУ зони , МПа Середж напруги в робоч|'й зож Вадносна ппоща зони однормного напруженого стану

6*, /<э»

8,15 0,951 -1,46-Ю"5 0,78

Отриман! результата сводчата, що в робоч(й зон! забезлечуеться налружемо-деформований стан, який дозволяе використання зразка як об'екта досл!джень законом ¡рностей руйнування листових конструкфйних матер1ал!в.

Вивчення трнциностжкост! листових конструкшйних матер'|ал1в передбачае з'ясування поправочноУ функци \/(Х),яка враховуг вплив граничних умов на величину ЮН. Зважаючн на невизначежсть граничних умов, функция (К-тарування)

визначалася методом податливоси, який базуеться на взаемоз'язку податливост! зразка £ та довжини тршцини! 1 \ дае вираз для визначення "Ч'С^У вигляд!:

Для визначення Y(A} ^ули одержан! дгаграми деформування зразка без тр!щини та з тр!щинами р!зноУ довжини. Експериментальн! значения податливост! (мал.2) описано пол!номом:

см с0+с,а+...+сп^.г

(2)

коеф!ц!енти С- якого знайшли на основ! анал1зу властивостей поправочноУ функцн та алроксимуючи результати експеримент!в методом найменших квадрат!в. Остаточно А^ мае вигляд:

У (л) -У1+ 6,52 А5'

(3)

Деяка в|дм!нн!сть отриманоУ функцн в!д поправочних функцж для квадратно? пластини в умовах м'якого та жорсткого навантаження св!дчить про вплиа геометрП' та умов закр!плення усменого хрестовидного зразка на напружено-деформований стан його робочоУ зони.

Виходячи з практичних м1ркувань, за об"ект досл!джень вибрано поширен! в технщ! алюм!н!ев1 сплави Д16чТ та 1973Т2, оп!р руйнуванню яких в умовах стац'юнарного та нестацюнарного цикл'много навантаження виачений недостатньо.

Вищевказан! натер (ал и мають деяку ан!зотроп1к>. Максимальна ан!зотроп!я (до 12% по границ! текучост!) властива сплаву Д16чТ. В робот! розрахункова частина виконувалась без урахування ан!зотропГ| сплааш. Тр!щини втоми в ус'|Х зразках були ор^ентоваж перпендикулярно до напрямку прокату.

Характеристики в'язкост! руйнування сплааш отриман! на ус!чених хрестовидних зразках. В умовах плоского напруженого стану виникають значн! ' пластичш деформацм, як! накладають обмаженнл на характеристики тр!щ!ност!йкост!

матер!ал!в. В робот! визначався умовний критичний ЮН К? . яки" розраховуеться по максимальному навантаженню та початковт довжиж тр!щини. Величина с

характеристикою, яка не враховуе п!дростання тр!щини, але об'еднуе в соб! початкоау довжину тр|щини та максимальне навантаження ! використовусться, як пор!вняльна величина, а також для обчислення граничноУ напруги, яку може витримати зразок з данного матеркту при наявност! початкоаоУ тр!щини заданоУ довжини. Для досл!джу»аних сппаа'т Д 16чТ

К = 85,5 МПаУ^ для сплаву 1973Т2 К* = 76,7

МПа м.

Вивчено оп!р росту тркцин для сплавав Д16чТ та 1973Т2 в умовах стацгонарного цикл'много навантаження. Параметри базового циклу бтах~130МПа;

=0,1; ^ =0,12, рекомендован! ав!ац|йним пщприемством, як еквшалентн! одному навантаженню елемент!в конструкц1й транспортних лггак!в за типовий польотний цикл земля-повггря-земля. Пор!вняння довжини тр!щини та розм!ру зони пластичних деформаций, виникаючих у '!! вершин! при базовому циклнному навантаженн! показало коректн!сть застосування л!н!йноУ механики руйнування.

Експериментальн! результат» швидкост! зростання трнцини (ШЗТ) описан! ршнянням Перка:

^Г = С(АКГ

деДК- розмах К1Н циклу, коефщ!енти знайдеш методом найменших квадрат». Для сплаву Д16чТ С =1,11-10;7П =3,09, для сплаву 1973Т2 С =4,35-10; П = =3,38.

Результат св1дчать, що для Д1ючих умов циклнного навантаження швидк1сть зростання тр1щини в сплав! 1973Т2 вище нгж в сплав! Д16чТ. Таким чином, зростання характеристик тр!щиност!йкост! при статичному навантаженн! в!дпов!дас зменшенню швидкост! зростання трнцини при цикл!чному навантаженн!.

В робот! досл!дженно закриття тр!щини (ЗТ) втоми в умовах стационарного цикл'много навантаження. Зг<дно розробленоУ методики записувались д!аграми деформування Р - Д , та по моменту повного в!дкриття тр!щини визначали зусилля ЗТ - Р0р • Експериментально визначено вплив вметан! 2 В1Д аершини тр!щини до тонок кр!плення деформометра на р!вень ^ (мал.З). Для сплава Д16чТ при ф!ксован!й довжин! трицини 2{ 0 =25.0 мм були побудован! д!аграми деформування та визначен! величини ЗТ для риних 2Г . З'ясовано, що при пштримуванн! "2. в границях 1,5...2,0 мм зусилля ^практично не зм!нюеться.

Досл!дження ЗТ в умовах сгацюнарного цикл'много навантаження показали, що при зростанш тр|щини втоми спостергаетъся зб'шьшення зусилля Рор , яке при

досягненн! певноУ довжини стаб!л!зуеться та не зм!нюеться при наступному п!дростанн! трицини (мал. 3).

По ста61п1зовлному значен ню Рор для досл|дженнх сппяв)а одержан! величин« коефф!цкнта закриття тр!щини:

©глах - ©тт та розмаху ефективного К1Н:

Д = идК

Це дало можлив!сть опнеати «¡нетику зростання тр!щини р!внянням Пер!са-£лбера:

^Г=СЛлКе,Г

(5)

(б)

(7)

(в)

та модиф!кованим р!внянням, яке 6!льш точно описуе експернменталн! результат:

сП С2 [АК^]"2 с1 ГЧ К$с-Кшах

Значения коефщ!ент'|в С1 , П^ , Сд , П^ , Ш наведан! в таблиц! 2.

' Таблиця 2.

сплав и С1 Пч с2 Пг

Д16чТ 0,57 5,87-10 7 3,09 2,04-10 ^ 2,42

1973Т2 0,49 7,72-10 7 3,38 2,63-10^ 2,31

Кшетика трицин втоми в умовах цикличного навантажання з перааантаженням вивчалась при р!зних значениях довжини тр!щини та коеф!фента перевантаження:

О

6о1.

©

(9)

тах

де максимальне налруження базового циклмного нааантаження, -

максимальна налруження циклу перевантаження.

Знайдено, що перевантаження з коеф!цкнтом =1,25... 1,3 не' аикликаь

зм ¡н у зростанн! тр!а|инм, а перевантаження Со) =2,4...2,5 приводить до поаноУ

упов!льнення швндкост! зростання тркцини втоми (мал.6,а). Експериментильн! значения мЫ1мальноТ ШЗТ втоми описан1 единим р1внянням, враховуючим оп|р

сплаву руйнуванню втомою при стацюнарному цикл!чному навантаженн!:

и

ГОШ

= к.

кл

(10)

^ О

Тут ■ ШЗТ втоми при стац'юнярному циклнному навантаженн! в момент

дн перевантаження; =-1,028; 1^=2,29.

Число цикл ¡в упов!льненого зростання тр!щини N5 збьпьшуеться при зб!льшенн! коеф!цгента перевантаження. Стосовно достджених сплав!в запропоноване р!вняння для розрахунку N3) :

N -1 р

к?

(11)

як* враховуе як р|вень перевантажень, так I тр!щиност1ик!сть сплав!в при статичному навантаженн!. Тут максимальне значения К1Н базового фютного навантаження

в момент д!7 перевантаження; ^ , ^ - косф!ц!снти, подан! в таблиц! 3.

Таблиця 3.

Сплав б £

Д16чТ 48,0 6,44

1973Т2 47,52 5,1

Для оц!нки впливу перевантаження введено розрахунковий параметр ефективност! перевантаження ^

МсАи (12, ^САЬ

де ~ число цикл!в базового навантаження, необх!дних для п!дростання

трицини В1Д довжини (момент дн перевантаження) до довжини (границ!

зони впливу перевантаження(мал.5). При цьому ефект затримки тр!щини залежить в ад пластичност! матер!ала та довжини тр!щини. Цей ефект б!льш значний для б!льш пластичного сплава Д16чТ - ефективн!сть перевантаження починае рЬко збшьшуватис» при меньших значениях О • Для сплава 1973Т2 проведено серно досшджень при р!зних довжинах тр!щин - ефективн!сть виявляеться вище для меньших довжин тр!щини, що обумовлене залежжстью та В'Д Довжини тр!щини !

максимального К1Н стац'юнарного цикл!чного навантаження в момент дп перевантаження.

€5 max

i ш

J I I I I I I I L

21.

I 1

-LL

б

5 4

20 18 16 14

0,2 Q Мал. 2

t,MM 1 2 3 4

J II I I I I I L

ZXo

Мал.1

/

о

3_ о So

A

сплов 1975T2

210=25,Omm 1.-Q=1 A^Q=2 2-Q-V5

}-Q=1,75 6~Q=2,5

2 A б â МОЯ.4

NiO3

—Ill I I I I I

I

Ш.

бор/б

0,52

ОД

Q4

0,3

1.-1973T2 2-Д16ЧТ

• L

6 7 Ô 9 VMM Мал. 5

1,25 1,5 1,75 2,0 2,2? Q Мая. 5

?

2

Умоаи ЛНСПЛуЛТАЦП листов]ix ал)ац!йних конструкцм тлк1, що сп!льно л ц!кличним навантаженням, викликаючим появу та зростаиня мапстральних тр!щин перюдично д|юто зусилля, перпендикулярн! напрямку основного циклнного навантаження. До таких елеменпв в першу нергу ешносяться гермоспнки, елементи обшивки та фюзеляжу, коренева зона стршовидного крила та деяк! !нш!. Викориетоауючи можливост! розробленоУ методики виконано досл!дження такого роду перевантажень на зростання та закриття трещин втоми.

В експеримент! максимальн! значения сИли, д!ючоУ вздовж тр!щин, визначали з умйБН в!дсутност! пластичного деформування вскУ робочоУ зони зразка. Дт перевантажень не аикликала помгтних кЫетичних ефектю: графжи зростання тр1щин практично сшвпадають з граф!ками зростання тр'ициин в умовах однов!сного стацюнарного цикличного навантаження. Р!вень ЗТ п!сля дм перевантаження значно зманшився, майже до нуля, а п1сля напрацювання дек!лькох Десятк1а цикл!в в!дновився до первкного значения. Вщхилення ЗТ пояснюетъся перерозпод!лзм налружено-деформованого стану зони пластично деформованого матер!алу 61ля вершини тр!щини I зммою геометри поверхж 'и берег'ш та загострення вершини.

В робот! досл!джено ЗТ в умовах ц|кличного навантаження з перевантаженням. Д1я перевантажень привела до значного збшьшення зус1лля ЗТ, яке зменшуеться до початкового п!сля напрацювання певного числа цикл!в навантаження (мал.6,6).

« Встановлено, що довжини тр!щин, при яких вщбувабться в'вдновлення ршня ЗТ I ШЗТ втоми до значень, в!дпоа!даючих стацюнарному навантаженню блильк! мЬк собою. Ца дае змогу стверджувати, що зменшення ШЗТ втоми шсля перевантаження обумоалене 1м1ною р!вня ЗТ.

Узагальнюючи отриман! експериментальн! данн!, запропонована модель розрахунку зм!ни розмаху афектианого К1Н в зон! впливу перевантаження:

АКеЛ1)- к°е{+[ксег-<13>

Тут К^ " Р03"«* афактивного К1Н базпосаредньо п!сля парааантажання, К

- розмах «фективного ЮН при стацюнарному цикличному нааантаженн! а

момент д!У циклу перевантаження; 21," Довжина тр1щини в момент д!У циклу

перевантаження; 21_- довжина тр!щини а момент заюнчення впливу перевантаження. с.. р

Для ааличини Г\е$ отримано р!вняння:

09

<37

0,5

Ртах

Сплав 197?Т2 Л 0= 250мп

1-0 = 2,0

2-0= 1,75

3-0=1,5

27 дк^Па-Ум1 Мал. 6

14 16 16 20 1,мм 5)

12

10

в

6

А

К^МПа-гё?

1- 197П2

2-Д16чТ 1.=

з,- 1973Т2 1„-2?мм

1С?

2'1С?

Мв,цикл | СПЛОВ 1973Т2 21.»25,Оим / •

/

/

/

/ >

/

] /

/

/ > о-экспер. о-модель 1 1

0,2 0,4 С) 6 0,8 Мал. 7

1,25 1,5 1,75 ¿0 2Д5 0 Мал.8

да тангенс кута н ах илу базового граф1ка, для досл!дженних алюм!н!свих сплав 1в

вЫ дорЬнюеться -24,4 ( мал.7). Отримане р1вняння по структур! под!бне до р!вняння запропонованого а роботах О.Б.Злочевського ! модиф!коване для цикл'нного навантаження з поспйним максимальним напруженням циклу.

П!дставляюми (13) в (8), отримуем р!вняння зростання тр!щини атоми з урахуванням уповшьнюючоУ дн перевантаження

С1N - К шах

1нтегруючи р!вняння (15) отримуемо число циклш упов!льненного зростання тр!щини атоми п!сля перевантаження:

(К^с ~ Кя>дх1с11 (16)

СДК2*

_ 1о

да С . П - коеф|ц!енти, знаиден! для стацюнарного цикл1чного навантаження.

Пор'шняння розрахункових та експериментальних результата показуе Ух задовЬпьну в!дпов!дн!сть (мал.8).

Таким чином запропонована модель дозволяе прогнозувати зростання трнцин втоми з урахуванням упов1льнюючоУ ди перевантаження I яка може служит основою методу оц!нки життездатност! елементю конструкшй, працюючих в умовах стац!онарного цикличного навантаження.

ОСНОВН1 РЕЗУЛЬТАТИ I ВИСНОВКИ

м>4

Отриман! а дисертац!йн!й робот! результат являють собою р!шення актуально! науковоУ задам! по досшдженню законом¡рностей руйнування алюм!нювих сплав!в в умовах цикл'нного навантаження э паравантаженнями.

До основних результат!в виконаного дослщження вщносяться:

1. Розроблена методика екслериментального досл!дження руйнування листових конструкц!йних матер!алш в умовах цикл'нного навантаження з перевантаженням, яка базусться на використанн! ус'неного хрестовидного зразка ! забезпечуе диференфйоване по в!дношенню до напрямку трицини силове навантаження.

2. Отриман! нов! результаты кметики зростання тр!щини втоми в алюм!нквих сплавах Д16чТ ! 1973Т2 в умовах цикличного навантаження з перевантаженням. Визшнен! граничн! коеф!ц!енти перевантаження, при яких починае спостергаеться »тримка у зростанн! тр!щини втоми (1,25...!,3) ! як! аикликають и повну зупинку (2.4..2,&). Ефекг адтримки залежить в!д плаетичноет! мат*р!алу та довжиии трицини:

■плие перевантажень вище для 61льш пластичного сплаву Д1бчТ I для тр1щин мвншоУ довжини.

Запропонояан! р!яняння м!ж'мальноУ швидкост! зроетання тр1щини п!сля д1У перевантаження i числа циклю уповшьненого зроетання трпцини, як! враховують довжину тр1щини, р|вень перевантажень та характеристики опору спл»»1» статнчному I етацюнарному циклмному навантаженню.

3. Показано, що зусилля, яке дк вздовж тр!щини I величина якого не викликае загального пластичног деформування робочоУ зони зразк«ц не призводить до кшетичних ефект!в розвитку тр!щини втоми. Р!вень закриття тр!щини п!сля такого навантаження зменшуеться практично до нуля, але п!сля напрацювання дек|лькох десятюв циклш вщновлюсться до перв1сного р1вня, i тому на приводить до зм!ни швидкосп зроетання трицини.

4. Вивчена к(нетика закриття тркцин втоми-в алюм(нквих сплавах Д16чТ та 1973Т2 в умовах стацюнарного, та при наявност! перевантажень, циклмного навантаження. Д!я перевантажень приводить до р!зкого збшьшення р!вня закриття тр1щини. Встановлено, що зменшення швидкост! зроетання тр'гщини гисля перевантаження обумовлене зм!нок> р!вня закриття тр!щини.

5. На ochobi' узаг&льненя отриманих результате запропонована модель розмаху ефективного KIH, яка враховуе к!нетичн| ефекти взаемодн навантажень pbnoi ампл¡гуди в листових конструкцмних матер!алах. Здюснена перев!рка модел! для розрахунку числа цикл1в упов!льненого зроетання тр|щнни у зв'язку з д1ек> одиничного перевантаження. Задов1льна в1дпов!джсть розрахункових та експериментальних результат!в показало можлив!сть м яикористання для прогнозування життездатност! елеменпв конструкфй в умовах нестацюнерного цикл!чного навантаження.

0сновн1 результата виконаних доел'|джень знайшли в!дображення в наступних лублкафях:

1. Савченко A.B., Антипов ЕЛ., Онищенко £.Е. • Оценка долговечности материалов в условиях программного циклического нагружания по эквивалентным напряжениям. // Вестник Киев, политех, ин-та. Машиностроение.-1990. - вып. 27. - е. 13-16.

2. Антипов ЕЛ., Онищенко Е.Е., Савченко A.B., Аристов A.B. Влияние параметров циклов и траектории нагружения на долговечность материалов. // Вестник Киев, политех, ин-та. Машиностроение.-1991.-вып. 28. - с. 11-14.

3. Онищенко Е.Е., Антипов ЕЛ., Савченко A.B., Аристов A.B. Экспериментальное определение значений энергетического контурного интеграла при

14

с

двухосном нагружении. // Вестник Киеа.полигех.нм-Т*. Машиностроение.-1991. - вып. 28.-с. 61-64.

4. Антипов ЕЛ., Савченко A.B. Установка для исследования закономерностей роста трещин в материалах при циклическом программном нагружении.//Технология и автоматизация машиностроения.-1991,- вып.47.-с. 4-7.

5. Савченко A.B., Антипов Е.А., Онищенко Е.Е. Влияние длины трещины на коэффициент интенсивности напряжений ■ плоском образце для испытаний на двухосное нагружение.// Вестник Киев.политех.ин-та.Машиностроение.-1992.- вып. 29.

- с. 90-94. .

6. Антипов ЕЛ., Каплинский АЛ., Савченко A.B. Долговечность материалов в условиях сложного программного циклического нагружения. // Вестник Киев, политех, ин-та. Машиностроение.-1992. - вып.29. - с. 94-98.

7. Антипов ЕЛ., Каплинский А.Л., Савченко A.B. Разрушение материалов при простом программном нагружений. / / Вестник Киев. политех. ин-та. Машиностроение,-1993. - выл. 30. - с. 73-77.

8. Савченко A.B., Антипов ЕЛ. Влияние перегрузок на кинетику развития усталостной трещины.//Вестник Киеа.политех.ин-та. Машиностроение,-199S. - вып. 31.

- с. 23-27.

9. Савченко A.B. Особенности »ксперимвитального исследования влияния перегрузок на скорость роста трещин усталости. // Труды XVI науч. конф. мол. ученых Ин-та механики АН УССР, Киев, 21-24 мая, 1991. 4.1 - Институт механики HAH Украины - Киев, 199-1. - с. 168-172.

10. Антипов ЕЛ., Аристов A.B., Онищенко Е.Е., Савченко A.B. Определение текущих значений J-интеграла при двухосном нагружении пластины с центральной трещиной отрыва. // Тез. докл. Мемед. науч.-технич. конф. студ., мол. ученых и специалистов 'Молодые ученые в решении комплексной программы научно-технического прогресса стран-членов СЭВ', Киев.-1989. - с. 12-13.

11. Антипов ЕЛ., Савченко A.B. Рост трещин усталости в плоских панелях летагельних аппаратов при циклическом нагружении с перегрузками. // Тез. допов. наук.-техн. конфер. "Фу>шаментальн'| та прикладж проблеми косм'нних досшджень", Житомир.-1993. - с. 92.

15

АННОТАЦИЯ

Савченко А.В. Разрушение алюминиевых сплавов в условиях циклическою нагружения с перегрузками.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.09. - динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры, Национальный Технический Университет Украины " Киевский политехнический институт", Киев, 1996г.

Диссертационная работа посвящена разработке методов рассчетно экспериментального прогнозирования живучести листовых материалов при циклическом нагружении с перегрузками.

Представлены опытные данные по скорости роста трещин и закрытию трещин алюминиевых сплавов Д16чТ й 1973Т2, полученные на плоских образцах, содержащих центральную трещину нормального отрыва, при усталостном нагружении с пиковыми выбросами (перегрузками) различной интенсивности.

Предложена методика учета кинетических эффектов КИН нестационарного цикличекого нагружения и показана возможность ее успешного применения для расчета торможения усталостной трещины после воздействия растягивающей перегрузки.

THE ABSTRACT

Savchenko A.V. The destruction of Al-alloy under cyclic loading with overload.

The dissertation for a scientific degree of candidate of technical science, specialty 05.02.09-dynamic, strength of machines, devices and equipment. National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnical Institute Kiev, 1996.

The dissertation work is devoted to development calculation-experimental method of fatigue crack propagation with overload.

Fatigue crack propagation rate and crack closure were performed on D16chT and 1973T2 Al-alloy under cyclic loading with overload for sheet central normal break crack specimen.

The model for calculation effective stress intensity range under variable amplitude loading were given. Calculation results are compared with the experiments for fatigue crack growth delay under overload applied.

КЛЮЧОВ1 СЛОВА: перевантаження, швидюсть зростання тр!щин втоми,