книги / Статическая выносливость элементов авиационных конструкций

Глава III

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРИ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ ПРОГРАММЕ НАГРУЖЕНИЯ

1.ХАРАКТЕРИСТИКА СТАТИЧЕСКОЙ ВЫНОСЛИВОСТИ

НЕКОТОРЫХ СПЛАВОВ

Все приводимые ниже графики по статической выносливости являются экспериментальными, построенными по точкам.

На рис. 65 в осях К—N проведена кривая ВВ^ статической выносливости сплава Д16-Т с временным сопротивлением о„ —

„бповт

я- яЬразр

Рис. 65. Графики статической выносливости сплава В95 в осях K — N при разных масштабах по осп абсцисс

=47 кГ{мм2. Масштаб по оси абсцисс указан на рисунке в тыся­ чах циклов нагрузки. Остальные четыре кривые ВВ2, ВВ4, ВВ6, ВВ 16 представляют те же результаты при одном и том же мас­ штабе по оси ординат, что и кривая B B lt но при различных мас­ штабах по оси абсцисс: кривая ВВ2— в масштабе по оси абсцисс, в 2 раза более мелком, чем кривая ВВ\\ кривая ВВЛ— в мас-

64

штабе, в 4 раза более мелком, чем кривая ВВ\; кривая ВВв — в 8 раз и кривая В В 16 — в 16 раз более мелком, чем кривая ВВХ.

Из сопоставления приведенных кривых ясно, что вид кривой сильно зависит от масштаба по осям координат. Если кривая ВВ\ при подходе к точке В х приближается к горизонтальному те-

чению, то остальные кривые и особенно кривая £ В 16 подходят к конечным правым точкам (В2 , /?4, Вг и В i6) со значительным наклоном. Влияние масштаба по осям координат на вид уста­ лостных кривых может оказаться весьма существенным при изу­ чении закономерностей выносливости при сравнительно боль­ ших числах циклов нагрузки.

Ниже приводятся осреднениые экспериментальные данные, полученные за ряд лет из испытаний различных сплавов.

Для получения характеристики сплава по статической вынос­ ливости за основной вид испытания принято испытание на пуль­ сирующее растяжение плоского образца с круглым отверстием.

Отношение ширины В образца к диаметру отверстия ~ =6.

Концентратор напряжений в виде отверстия введем для прибли­ жения условий работы сплава при испытании к условиям его работы в конструкции при эксплуатации, когда наличие какоголибо конструктивного концентратора напряжений неизбежно.

На рис. 66 в осях К—N приведены кривые статической вы-

3 816

положение. Так же располагаются кривые для'Опл’ава В95-Т: ва­ риант с Сто = 57 кГ/мм2 дает кривую, значительно более круто спадающую к оси абсцисс по сравнению с кривой, соответствую­ щей варианту <Jd=50 к Г / м м 2.

Таким образом, нанесение кривой статической выносливости какого-нибудь нового сплава на имеющийся график кривых уже известных сплавов позволяет

По форме и взаимному расположению кривых видно, что с уменьшением напряжения и увеличением числа циклов до разру­ шения отношение разрушающих напряжений даже крайних ва­ риантов сплавов все уменьшается, т. е. различие вариантов спла­ ва по статической выносливости быстро сглаживается с увели­ чением числа циклов. Поэтому судить о преимуществах рассмат­ риваемого сплава по прочности только по показателям статиче­ ской прочности, что практически часто делается, неправильно. Необходимо сопоставление полных кривых выносливости от оси ординат до встречающегося в эксплуатации числа циклов на­ грузки. При окончательном решении о пригодности данного

67

сплава для конкретной конструкции следует учитывать также и влияние на ее. эксплуатационную прочность всего технологиче­ ского процесса изготовления и условий эксплуатации.

На рис. 69 в осях К—N приведены кривые статической вы­ носливости некоторых сплавов тоже при пульсирующем рас­ тяжении, но в отличие от данных рис. 66 при испытании образ-

Рис. 69. Кривые статической выносливости разных спла­ вов -в осях К — N по испытаниям «гладких» образцов (цифры после марки — временное сопротивление сплава)

цов без концентратора напряжений. Такие образцы в дальней­ шем для краткости условно назовем «гладкими». Сплавы взяты из числа приведенных на рис. 66. По относительной выносливо­ сти и в этом случае сплавы располагаются в том же порядке, как и на рис. 66, но при значительно больших разрушающих чис­ лах циклов нагрузки, что объясняется отсутствием концентра­ тора напряжений.

На рис. 70 приведены кривые выносливости сплавов Д16-Т и В95 при пульсирующем растяжении плоских образцов «гладких» и с концентратором (отверстием). Как видно из графика, при

68

наличии концентратора напряжений (отверстия) разрушающее число циклов нагрузки в 7—8 раз меньше, чем полученное на образцах гладких.

На рис. 71 подобные же данные приведены для двух вариан­ тов сплава ЗОХГСА (сплав с ов=100 кГ1мм2 значительно резче реагирует на наличие концентратора, чем с crD= 180 кГ/мм).

В то время как статическая выносливость сплавов Д16-Т и

ным сопротивлением перестают различаться по статической вы­ носливости, хотя по статической прочности (при однократной, нагрузке) они различаются почти в 2 раза.

На рис. 73 в осях К—N приведены кривые статической вынос­ ливости, полученные при испытании плоских образцов, вырезан­ ных из массивных, толстостенных прессованных полуфабрикатов из сплавов Д16 и В95, и (для сравнения) кривые, полученные на образцах, вырезанных из листов тех же сплавов толщиной 2 мм. Как и на ранее приведенных графиках, с увеличением <хв отно­ сительная выносливость сплавов понижается — кривые к оси абсцисс спадают круче.

Все приведенные выше графики представляют по форме ти­ пичные усталостные кривые с крутым падением в левой части и с плавным, постепенным выходом на более пологое течение в правой. С увеличением числа циклов нагрузки при снижении на­

69

пряжения в расчетном сечении образца кривая все ближе под­ ходит к горизонтальному направлению параллельно оси абсцисс. Но при изучении статической выносливости сплавов диапазон чисел циклов нагрузки при испытании практически не доходит до тех пределов, когда течение кривой могло бы перейти на го­ ризонтальное направление. Для алюминиевых сплавов этого не наблюдается, как известно, и до числа циклов, выражаемого сотнями миллионов.

За последние годы все больше появляется ссылок на то, что и для некоторых сортов стали (например ЗОХГСА) наблюдается наклонное к горизонтали течение правой ветви кривой выносли­ вости и при числе циклов, во много раз превышающем часто встречающуюся базу для определения предела выносливости в 107 циклов. Вообще говоря, ниоткуда не следует, что кривые выносливости должны в правой части выходить на направление, параллельное оси абсцисс или иметь асимптоту на определенном уровне над осью абсцисс. Иными словами, ниоткуда не следует необходимость существования предела выносливости сплава как одной из характеристик в виде константы, определяющей одно из его механических свойств.

К этому же выводу приводят рентгенографические исследова­ ния процесса накопления усталостных повреждений [19], [20], ко­ торые начало структурных искажений в сплаве обнаруживают раньше достижения предела выносливости, а переход через пре­ дел выносливости не отмечают как резкий переход через некоторое предельное физическое состояние сплава. Таким образом, процесс накопления усталостных необратимых повреждений начинается

70