книги / Статическая выносливость элементов авиационных конструкций

кривых составляют плотный узкий пучок. Следует учитывать, что заклепочное соединение из листов сплава В95 при вибраци­ онной нагрузке несколько вибрирует и в поперечном направле­ нии, вызывая дополнительные напряжения. Это могло дополни­ тельно снизить статическую выносливость соединения по срав­ нению с остальными образцами. Практически можно считать,

личением размаха (двойная амплитуда) повторной статической нагрузки на величину двойной амплитуды наложенной нагрузки. Проверкой этого предположения могут служить приводимые ни­ же результаты специальных испытаний. Образцы из сплавов Д16-Т и ЗОХГСА с ап=120 к Г / м м 2 были испытаны при трех раз­ новидностях цикла повторной нагрузки (рис. 104). Основная форма цикла показана на рис. 104,6 с Pmax=0,7Ppa3p и Рт щ=

Глава IV

ВЛИЯНИЕ к о н с т р у к т и в н о -т е х н о л о г и ч е с к и х

ПАРАМЕТРОВ НА СТАТИЧЕСКУЮ ВЫНОСЛИВОСТЬ ПРИ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ ПРОГРАММЕ НАГРУЖЕНИЯ

Конструктивная форма той или иной детали конкретной кон­ струкции до известной степени определяет и технологический процесс ее изготовления. Поэтому строго отделить влияние на статическую выносливость только конструктивной формы детали от влияния технологии ее изготовления невозможно. Изолиро­ ванное изучение влияния на статическую выносливость техноло­ гических параметров часто оказывается более возможным, чем выявление влияния только конструктивной формы, так как при постоянной конструктивной форме детали возможны вариации технологического процесса ее изготовления, а при постоянных технологических факторах трудно варьировать только конструк­ тивной формой детали. Поэтому в дальнейшем изложении при­ ведены случаи влияния только технологических параметров, а также случаи совместного влияния конструктивных и технологи­ ческих параметров.

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАКЛЕП

Под наклепом понимается изменение физико-механических свойств и состояния материала вследствие возникновения пла­ стической деформации.

Основным методом создания наклепа в описываемых ниже исследованиях было предварительное нагружение образца или детали до обусловленной нагрузки, вызывающей пластическую деформацию.

Вопрос о влиянии наклепа на статическую выносливость воз­ ник при первых же испытаниях на повторные нагрузки в связи с необходимостью установления методики испытания для полу­ чения сравнимых результатов. Необходимо было решить вопрос о том, как может повлиять на статическую выносливость, выра­ жаемую разрушающим числом циклов, однократное предвари­ тельное нагружение образца до более высокой нагрузки, чем та,

многократное повторение которой доводит образец до разру­ шения.

С этой целью серия плоских образцов с отверстием из сплава В95 с ов = 50,3 кГ/мм2 и 6=15% была испытана пульсирующим растяжением до разрушения после предварительного однократ­ ного нагружения образца до более высоких нагрузок.

На рис. 105 представлены результаты этих испытаний. По оси абсцисс отложен коэффициент напряженности К при предвари­ тельном нагружении, а по оси ординат — величина отношения 1М>,5]/^о,5, где [Л/'о.б]— разрушающее число циклов образца, испы-

рующем растяжении

тайного при К = 0,5 после наклепа, a N'o.s — разрушающее число циклов образца, испытанного при /(=0,5 без наклепа. Частота повторений нагрузки изменялась от 6 до 10 цикл/мин. Исходные значения разрушающего числа циклов были: N0,s=W 800, N0t6= = 4730, //0,7=2580 и А70.8= 1450 циклов как средние из испытаний 5—6 образцов при каждом значении коэффициента /(.

Из рис. 105 следует, что с увеличением наклепа разрушаю­ щее число циклов растет и при предварительном нагружении об­ разца до значения /(=0,9, оно увеличивается в 2,5 раза по срав­ нению с разрушающим числом циклов образца без' наклепа. Кроме оценки влияния однократного предварительного пере­ напряжения, практический интерес представляет и влияние мно­ гократного повторения его. Для выяснения этого влияния на том же сплаве были проведены испытания на таких же образцах, после многократного повторения предварительного перенапря­ жения. Величина предварительного перенапряжения выража­ лась коэффициентом /(=0,8. Число повторений перенапряжения, выраженного в процентах от разрушающего числа циклов No,ь. менялось от 0 до 50%.

Результаты испытаний приведены на рис. 106, где по оси ординат отложена по-прежнему величина отнршения [N0,5)fN0,s- На графике выявляется максимум в районе 10—15% по оси абс­

104

цисс, после которого упрочняющее влияние наклепа постепенно уменьшается. Это происходит, по-видимому, потому, что начи­ нает сказываться повреждение сплава от самого перенапряже­ ния. Количественные соотношения, конечно, характерны только для данного частного случая, но наличие максимума на кривой представляет более общий интерес с точки зрения дальнейшего изучения эффекта предварительного наклепа и его влияния на прочность при повторных нагрузках.

Для определения влияния однократного наклепа от растя­ жения па статическую выносливость при разнозначном цикле повторной нагрузки были испытаны круглые образцы диаметром 10 мм с поперечным отверстием диаметром 3,9 мм, изготовлен­ ные из прутка сплава Д16-Т с ав=52 кГ./мм2. Испытание прово­ дилось на вертикальном гидравлическом пульсаторе с частотой 20 цикл!мин. Первые две серии образцов испытывались при сим­ метричном цикле нагрузки с коэффициентом /(=±0,5. Одна из серин испытывалась без наклепа, а другая с предварительным однократным наклепом растяжением до /(=±0,7. Последние две серии испытывались при полусимметричном цикле, в котором растягивающая нагрузка соответствовала /(=+0,5, а сжимаю­ щая /( = —0,25. Образцы одной из двух серий испытывались без наклепа, а другой — с предварительным наклепом растяжением тоже до /(= +0,7 . В табл. 16 приведены средние данные из ис­ пытаний четырех образцов каждой серии.

Лать=~Р

Как видно из данных этой таблицы, наклеп растяжением при симметричном цикле не дает повышения числа циклов при раз­ рушении, а при «полусимметричном» цикле это повышение уже

заметно ('-'30%).

Более полные испытания на повторные осевые нагрузки были проведены на таких же по форме и размерам образцах как и

.из прутка Д16-Т, но изготовленных из стали ЗОХГСА и терми­ чески обработанных до о,в=110 кГ/мм2. Испытания проведены

105

на той же машине и с той же частотой. Все образцы были раз­ делены на две группы для двух видов испытания: без наклепа и с однократным наклепом растяжением до /(= + 0,7 . При каж­ дом виде испытания осуществлялись четыре формы цикла на­ грузки: от пульсирующего растяжения до симметричного цик­ ла с /(= ±0,5 . При каждой форме цикла испытывались три об­ разца. В табл. 17 приведены средние данные результатов этих испытаний.

Р ш ь п -Р

Как видно из табл. 17, наклеп однократным растяжением пе­ ред испытанием на пульсирующее растяжение упрочняет образец в большей степени, чем такой же наклеп при последующем ис­ пытании другими по форме цикла разнозначными нагрузками. С приближением к симметричному циклу упрочняющее влияние наклепа падает и при симметричном цикле совсем исчезает.

106

Для оценки влияния предварительного однократного накле­ па на выносливость образца более сложной формы были испы­ таны стальные сварные узлы (см. рис. 90), изготовленные из стальных труб (ЗОХГСА) с ав=100 кГ/мм2 размерами 35X30мм. Схема нагружения соответствовала рис. 90. Испытания велись при циклах с различной асимметрией. Для вычисления среднего разрушающего числа циклов Ncp испытывалось 5—7 образцов. Результаты испытаний приведены в табл. 18.

Таблица, 78

Термообработка всех образцов проведена до сварки. В гра­ фе «наклеп» значение +0,8 указывает на то, что во время на­ клепа до значения коэффициента /С=0,8 приваренный патрубок располагался в растянутой зоне узла. В этой же зоне он нахо­ дился и при испытании по пульсирующему циклу. При испыта­ нии по симметричному циклу патрубок оказывался попеременно то в растянутой, то в сжатой зонах узла. Данные табл. 18 пока­ зывают, что если знаки деформации при наклепе и при после­ дующем испытании на повторные нагрузки одинаковы (в обоих случаях растяжение), то наклеп значительно повышает статиче­ скую выносливость по числу циклов (для испытанного элемента более чем в 2 раза). При испытании на повторные нагрузки сим­ метричного цикла предварительный наклеп, полученный растя­ жением, не влияет на выносливость.

Более детальные испытания были проведены с подобными же сварными узлами из труб размерами 45X40 мм с термооб­ работкой. до значения ов=120 кГ/мм2 при /(=0,5 и при комбини­ рованной сварке. В табл. 19 (условные обозначения те же, что и в табл. 18) приведены средние данные не менее чем из пяти

107

одинаковых испытаний. Из этих данных видно, что при пульси­ рующем цикле наклеп, вызванный однократной нагрузкой оди­ накового знака с пульсирующей нагрузкой, дает значительное упрочнение, а наклеп, вызванный однократной нагрузкой проти­ воположного знака, не дает никакого упрочнения.

При испытании симметричным циклом как положительный, так и отрицательный наклеп не дает заметного упрочнения при повторных нагрузках.

Для некоторых конструкций, в частности для самолетных, практически интересно определить влияние наклепа при испы­

Рис. 107. Образец сварного узла для ис­ пытания на повторный изгиб при разной асимметрии цикла нагрузки

цикла, когда нагрузка одного знака в 2 раза больше нагрузки другого знака. Такой цикл мы условились для краткости назы­ вать «полусимметричным». Результаты испытаний, проведенных на .образцах (рис. 107), выполненных комбинированной сваркой с Термообработкой после сварки, приведены в табл. 20.

Из табл. 20 видно, что при испытании полусимметричным цик­ лом наклеп положительного знака дает заметное упрочнение

108

Для изучения влияния различных вариантов получения пред­ варительного наклепа был использован образец из трубы спла­ ва Д16-Т размером 40X36 мм с а„=48,5 кГ(мм2 и 6=17,5%. На одной образующей трубы в середине ее длины имелся концен­ тратор напряжений в виде отверстия диаметром 4 мм. Трубы ис­ пытывались на изгиб по схеме двухопорной балки. Если отвер­ стие в трубе при создании наклепа располагалось в растянутой зоне сечения, то это отмечалось знаком плюс (+ ), а если в сжа­ той, то знаком минус (—). Наклеп осуществлялся при коэффици­ енте /<'=0,6. Последующие испытания повторными нагрузками до разрушения велись при /С=0,5 при расположении отверстия в растянутой зоне сечения трубы.

Предварительно было определено разрушающее число цик­ лов трубчатого образца с отверстием без наклепа при пульси­ рующем цикле N0,5=7800 циклов. Затем были испытаны четыре серии таких же образцов, подвергнутых предварительному на­ клепу при изгибе, до значения К —0,6. Первая серия подверга­ лась наклепу при пульсирующем цикле с разным числом повто­ рения наклепа (число повторений выражено, как и во всех остальных случаях, в процентах от соответствующего разрушаю­ щего числа циклов). Вторая серия подвергалась наклепу при пульсирующем сжатии до значения К = —0,6. Третья серия под­ вергалась наклепу при сложном разнозначном цикле, начиная

ного цикла. Четвертая серия повергалась наклепу тоже разно­ значным циклом, но в другом порядке: сначала до значения /С=0,6, а потом до К = —0,6. Результаты этих испытаний по средним данным приведены на рис. 108. По оси абсцисс отло-

109