книги / Экспериментальные исследования усталостного поведения материалов при многоосных циклических воздействиях

Циклические испытания при сложном напряженном состоянии проводились в условиях жесткого нагружения, при котором контролируются параметры цикла по осевой и сдвиговой деформациям. Для исследования влияния на долговечность различных параметров нагружения реализованы испытания по трем схемам нагружения, представленным на рис. 3.2, соответствующим пропорциональному изменению осевой и сдвиговой де-

циклическую долговечность стали ЭП517Ш, проведены испытания по М-образному циклу (рис. 3.2, в) [76].

Рис. 3.2. Изменение осевых (сплошная) и сдвиговых (штриховая) деформаций при циклическом деформировании: простые формы цикла с коэффициентами асимметрии 0 (а) и 0,35 (б) и М-образная форма цикла (в)

Максимальные и минимальные значения осевой и сдвиговой деформаций, задаваемые при циклическом деформировании, выбирались из полученных при квазистатическом нагружении диаграмм деформирования в условиях пропорционального растяжения с кручением. Изменение величины деформаций в цикле задано по линейному закону, что обеспечивает постоянную скорость деформирования. Скорости циклического деформирования при растяжении – сжатии и круче-

51

нии в каждом испытании сохранялись одинаковыми и состав-

ляли ε 0,005 с и γ 0,0033 с .

В результате испытаний образцов получены значения числа циклов, которые соответствуют разрушению образца на части или появлению макротрещины в рабочей части. Задаваемые в испытаниях параметры цикла и полученные результаты испытаний тонкостенных трубчатых образцов из легированной стали ЭП517Ш приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Результаты экспериментов на малоцикловую усталость при двухосном пропорциональном нагружении

52

Анализ экспер иментальных данных показал, что при цикличе ских испытаниях с одинаковой максимальной осевой и сдви говой деформац ией с увеличением коэффициен та асиммет-

долговечности приведены в логарифмических координатах.

Рис. 3.3. Средние значения циклической долговечности стали ЭП517Ш при треугольной и М -образной формах цикла (среднее значение (•), среднеквадратическое отклонение (I))

На рис. 3.3 видно, что при циклических испытаниях с одинаковой максимальной осевой и сдвиговой деформациями ресурс конструкционной стали ЭП517Ш уменьшается на 30 % при сло жной форме цикла.

53

3.2. Исследование циклической долговечности конструкционных сталей в условиях двухосной усталости при блочном нагружении

Для оценки вклада повторяющейся последовательности циклов с переменными параметрами на усталостную долговечность проведены испытания по блочному нагружению. Схема нагружения блока представлена на рис. 3.4. Скорости деформирования при растяжении и при кручении: ε 0,005 с и

γ0,0033 с .

Рис. 3.4. Схема блочного циклического нагружения с переменными параметрами цикла при пропорциональном нагружении

В табл. 3.2 приведены данные о размахах и коэффициентах асимметрии задаваемых осевых и сдвиговых деформации и предельном числе блоков до разрушения или образования макротрещины. Фиксировалось количество блоков к моменту разрушения.

Полученные экспериментальные данные легированной стали при блочном циклическом нагружении сравниваются с экспериментальными данными по простой треугольной форме цикла (см. рис. 3.2, а).

Так как в один блок входят четыре цикла с максимальным размахом, который соответствует размаху при простой треугольной форме цикла, долговечность данного блока составила 1980 циклов. Таким образом, снижение циклической долговечности стали ЭП517Ш при блочном нагружении относи-

54

тельно простого тр еугольного ци кла по средним значениям составило 40 %. По сравнению с М -образным циклом средняя долг овечность при блочном нагруж ении практичес ки не изменилась (рис. 3.5).

Таб лица 3.2

Результаты испытаний на малоцикловую усталость при блочном циклическом нагружении в условиях двухосного нагружения

Рис. 3.5. Циклическая долговечность стали ЭП517Ш при треугольной и М-образной формах цикла и при блочном нагружении (среднее значение (•), среднеквадратическое отклонение (I))

55

3.3. Экспериментальное исследование малоцикловой усталости в условиях двухосного непропорционального нагружения

Проведены эксперименты на малоцикловую усталость в условиях непропорционального изменения осевых и сдвиговых деформаций на образцах из легированной стали ЭП517Ш. Параметры нагружении выбраны таким образом, что максимальные и минимальные значения осевых и сдвиговых деформаций, достигаемые в цикле, соответствуют максимальным и минимальным значениям деформаций по схемам нагружения, представленным на рис. 3.2.

Исследовалось влияние различных траекторий непропорционального нагружения (сложное нагружение) на долговечность жаропрочной легированной стали по различным схемам нагружения, которые в пространстве деформаций соответствуют двухзвенной ломаной (рис. 3.6, а, б) и четырехзвенным ломаным (рис. 3.6, в,г) с прямыми углами. Заданные скорости деформирования при растяжении – сжатии и кручении: ε 0,005 с и γ 0,0033 с .

В результате циклических испытаний получены значения числа циклов, которые соответствуют разрушению образца на части или появлению макротрещины в рабочей части. Задаваемые в испытаниях параметры нагружения и результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 3.3. На рис. 3.7 для наглядности представления результатов по оси ординат отложены средние значения долговечностей (•) с учетом среднеквадратических отклонений (I) для различных схем сложного нагружения.

Следует обратить внимание, что непропорциональное нагружение снижает циклическую долговечность стали ЭП517Ш на 50–60 % по сравнению со схемами при пропорциональном изменении осевых и сдвиговых деформаций. При сравнении различных траекторий сложного нагружения экспериментально показано, что на циклическую долговечность легированной стали существенно не влияет вид представленных траекторий непропорционального циклического деформирования.

56

Таблица 3.3

Результаты экспериментов на малоцикловую усталость при непропорциональном циклическом нагружении

58