книги / Статическая выносливость элементов авиационных конструкций

2. ВЛИЯНИЕ ПОРЯДКА ЧЕРЕДОВАНИЯ ПОЛУЦИКЛОВ ПРИ ПУЛЬСИРУЮЩЕМ РАСТЯЖЕНИИ

Всякая одноступенчатая программа нагружения может быть представлена как результат наложения на среднюю нагрузку (постоянную по величине) некоторой разнозначной нагрузки, симметричной относительно этой средней. По этой же схеме может быть представлено и пульсирующее растяжение (рис. 143). На положительную среднюю нагрузку интенсивности /(=0,35

К 2

наложена симметричная нагрузка /(=±0,35. В результате полу­ чается обычное пульсирующее растяжение с /(=0,7. Положи­ тельные и отрицательные полуциклы можно прикладывать к об­ разцу (полоса с отверстием) при различном порядке их чередо­ вания. Если после каждого положительного полуцикла прикла­ дывать такой же отрицательный полуцикл, то получится пульси­ рующее растяжение. Но можно сначала подряд приложить не­ сколько положительных полуциклов, а затем столько же отри­ цательных, затем опять повторить положительные и опять от­ рицательные .и т. д.

Число полуциклов, прикладываемых подряд, обозначим z. Тогда схема порядка чередования нагружения представится так, как показано на рис. 144. Меняя число z, можно проследить, как суммарное число полуциклов до разрушения образца будет за­ висеть от вариаций z. Такие испытания были проведены на трех

сплава в кГ/мм2).

Результаты испытаний даны на рис. 145. По оси абсцисс от­ ложены числа z, а по оси ординат — отношения NzINlt где N2 —

141

разрушающее число полуциклов при z> 1 , a N\ — то же, но при 2 = 1 , т. е. при обычном пульсирующем растяжении.

Рис. 145. Кривые статической выносливости

сплавов ЗОХГСА, Д16А-Т и В95А-Т в осях

Nz/Nt-Z

Как видно из рисунка увеличение z от единицы примерно до восьми ведет к существенному росту (зависимость близка к ли­ нейной для всех трех сплавов) разрушающего числа полуциклов (приблизительно в 2 раза), после чего рост значительно замед­ ляется и при 2=72 достигает 3—3,5-кратного значения отноше­ ния NZ\N\.

3.ВЛИЯНИЕ ПОРЯДКА ЧЕРЕДОВАНИЯ НАГРУЗОК

ИАСИММЕТРИИ ЦИКЛА ПРИ ИЗГИБЕ ТРУБЫ

Влияние более сложных программ нагружения с учетом асим­ метрии цикла изучалось на трубчатых образцах размерами 40X36 мм из сплава Д16-Т при испытании их на изгиб по схеме двухопорной балки (рис. 146). На одной образующей образца имелея концентратор напряжений в виде двух отверстий диамет­ ром 4 мм. В схеме нагружения варьировались величина z и ко­ эффициенты напряженности /Стах и /Cmin» что изменяло асиммет­ рию цикла нагружения. Знак плюс при значении К показывает, что концентратор напряжений находится в растянутой зоне се­ чения, знак минус — что отверстие находится в сжатой зоне се­ чения (рис. 147).

Результаты испытаний приведены на рис. 148 в прежних осях

~ —z в виде пучка кривых. Каждая кривая сопровождается

двойными цифровыми индексами, первый из которых выражает

142

зоне сечения, а минус — в сжатой. За основной вид нагружения принят пульсирующий изгиб с расположением концентратора в растянутой зоне при напряжении сгПо и т = 0,4apa3p (рис. 150). На­ пряжение (Граф получено при статическом изгибе образца с от­ верстием (аразр=52 кГ(лш2).

Все перегрузки создавались положительными или отрица­ тельными нагрузками при /(= ±0,6, т. е. в 1,5 раза превышаю­ щими абсолютную величину основной нагрузки. Предварительно были определены разрушающие числа циклов при /С=0,6 и 0,4,

авариантах программы нагружения. Число ва-

риантов программы нагружения по порядку чередования нагру­ зок в указанных пределах было принято равным 9, считая п эталон.

Результаты испытаний трубчатых, образцов (как среднее из 3—5 испытаний) по всем девяти вариантам программы нагру­ жения приведены в табл. 25. В последней графе таблицы дается величина отношения разрушающего числа циклов основной на­ грузки (при /(=0,4) при рассматриваемой программе нагруже­ ния к разрушающему числу циклов при программе, принятой за эталон (вариант 1 ).

При втором варианте программы нагружения, отличающем­ ся от первого только введением предварительной однократной перегрузки образца до /( = 0 ,6 , разрушающее число циклов основ­ ной нагрузки при /(=0,4 увеличивается более чем в 2 раза. Если же эту перегрузку повторять через каждые 1 0 0 0 циклов основной нагрузки, как было указано в третьем варианте программы, то разрушающее число циклов основной нагрузки увеличивается уже более чем в 3 раза. Напомним, что перегрузка повторяется в течение всей программы нагружения около 80 раз, что от N0,6 составляет всего около 2 %. Эта величина сама по себе еще не может привести к существенным усталостным повреждениям, су­ дя по результатам, приведенным на рис. 106. Поэтому следует считать, что, увеличивая повторяемость положительной перегруз­ ки, т. е. повторяя ее через меньшее чем 1 0 0 0 число циклов, можно повысить разрушающее число циклов от действия основ­

144

только не возрастает, но значительно уменьшается по сравне­ нию с эталонной программой (примерно, на 25%). Поэтому ре­ зультат пятого варианта программы нагружения, при котором отрицательная перегрузка повторяется через каждые 1000 цик­ лов основной нагрузки, не является неожиданным — понижение разрушающего числа циклов основной нагрузки резко усилива­ ется. Отношение NpMpfNi составляет при этом варианте програм­

мы 0,45.

Последующие варианты программы нагружения относятся к разнозначным перегрузкам с различным порядком чередования знаков, но при постоянной абсолютной величине перегрузки, определяемой по-прежнему коэффициентом /С= ±0,6. Шестой ва­ риант программы показывает влияние разнозначной перегрузки, повторяющейся через каждые 1000 циклов основной нагрузки, при чередовании знаков перегрузки в порядке минус — плюс.

При такой программе нагружения разупрочнение материала от отрицательной перегрузки почти компенсируется упрочнением при следующей за ней положительной перегрузке. Величина отношения iVpa3p/Afi в этом случае равна 0,92, т. е. потеря состав­ ляет около 10%. Если же чередование тех же перегрузок изме­ нить на обратное, т. е. сначала положительная перегрузка, а затем приложить 1000 циклов основной нагрузки, что соответ­ ствует 7-му варианту программы, то разрушающее число циклов основной нагрузки резко падает — отношение NpaapfNi в этом случае составляет всего 0,39.

Из сопоставления результатов по двум последним вариантам программы (6 и 7-му) видно, какое важное значение имеет по­ рядок чередования знаков при разнозначной перегрузке. Если последним из двух циклов перегрузки является отрицательный, то разрушающее число циклов основной нагрузки будет снижено более чем в 2 раза по сравнению со случаем обратного чередо­ вания знаков перегрузки.

Восьмой вариант программы нагружения является промежу­ точным между шестым и седьмым, или вернее последовательным чередованием того и другого. Результат по этому 8-му варианту в количественном выражении является средним между 6 и 7-м вариантами.

Девятый вариант был введен для того, чтобы сравнить его результат с результатом 5-го варианта введением между отри­ цательными перегрузками перегрузок положительных. Следова- -ло ожидать, что такое изменение программы улучшит резуль­ таты по сравнению с результатами 5-го варианта. Но полученное улучшение далеко не достигает результата 6-го варианта, когда разупрочняющре действие отрицательной перегрузки ослабляет­ ся действующей за ней положительной перегрузкой, и последую­ щее действие основной нагрузки на всем диапазоне 1000 циклов происходит при более благоприятных условиях, чем при 9-м ва­ рианте.

146