Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ I. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОВРЕЖДЕНИЯ КОНСТРУКЦИ
ОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ И
МЕТОДЫ ИХ ОПИСАНИЯ 12
1.1. Повреждаемость материала при неупругом циклическом деформировании 12
1.2. Явление малопикловой усталости при повышенных температурах 14
1.3. Виды испытаний на малоцикловую усталость 18
1.4. Основные закономерности повреждения конструкционных материалов при повышенной температуре 26
1.5. Способы описания малоцикловой усталости при повышенной температуре 49
1.6. Задачи данного исследования 84
РАЗДЕЛ 2. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ДІЯ ОПИСАНИЯ УСТАЛОСТНОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ МАТЕРИАЛА ПРИ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОМ ДЯИТЕЛНЮМ МАЛОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ. ПРОВЕРКА ЕГО АДЕКВАТНОСТИ 88
2.1. Анализ поведения структурной модели упруго-вязкопластической среды при повторно-переменном нагружении. Новые параметры состояния материала 89
2.2. Математическая модель накопления повреждения 112
2.3. Описание некоторых закономерностей малопикловой усталости конструкционных сплавов при повышенной температуре на основе предложенной модели накопления повреждения. Проверка ее соответствия опытным данным 135
2.4. Обобщение модели на описание накопления повреждения при сложном напряженном состоянии 162
РАЗДЕЛ 3. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СОПРОТИВЛЕНИЯ МАЛОЦИШЮВОЙ УСТАЛОСТИ. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ 172
3.1. Порядок расчета накопления усталостного повреждения 172
3.2. Влияние режима запуска ГТД на усталостное повреждение рабочей лопатки газовой турбины 174
3.3. Влияние скорости движения технологического конвейера на усталостную долговечность под-колосниковой балки обжиговой тележки 180
3.4. Исследование закономерностей кинетики циклического неупругого деформирования и накопления повреждения в цилиндрических образцах при повторных термоударах 189
ВЫВОДЫ 207
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 212
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Акты внедрения результатов исследования 230 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. О возможности произвольного выбора одного из значений функции повреждаемости в условиях изотермического нагружения 237
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Характеристики и тексты программ для оп ределения значений функции повреждаемости, расчета кинетики накопления усталостного повреждения и оценки долговечности при малоцикловом нагружении 239
- Повреждаемость материала при неупругом циклическом деформировании
- Анализ поведения структурной модели упруго-вязкопластической среды при повторно-переменном нагружении. Новые параметры состояния материала
- Порядок расчета накопления усталостного повреждения
class1 ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОВРЕЖДЕНИЯ КОНСТРУКЦИ
ОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ И
МЕТОДЫ ИХ ОПИСАНИЯ class1
Повреждаемость материала при неупругом циклическом деформировании
Процесс неупругого циклического деформирования материала сопровождается возникновением и развитием различного рода дефектов. Дефектообразование отражается на структуре материала и вызывает изменение ряда механических характеристик (модуля упругости, ударной вязкости, усталостных свойств), микромеханических свойств (микромеханического предела прочности, микротвердости и микропластичности) 111], а также изменение некоторых физических величин (коэффициента линейного расширения, теплоемкости, электросопротивления и др.). В связи с этим используютпонятие повреждаемости 9, 24, ЗІ, 34, 74, 85 Д, под которой понимают приводящий к разрушению процесс, происходящий в материале при его неупругом деформировании. Мерой процесса повреждаемости служит повреждение - величина, характеризующая степень дефектности материала в текущий момент времени. В общем случае эта величина не имеет конкретного физического содержания (хотя известны попытки связать ее с некоторыми из перечисленных выше характеристик СИ, 13, III, 1442 ), поэтому повреждение оценивают с помощью показателей остаточной долговечности (время, число циклов до разрушения и т.п.).
Таким образом, малоцикловую усталость можно определить как процесс накопления повреждения, развивающийся в условиях циклического неупругого деформирования, и заканчивающийся разрушением материала при малом числе циклов нагружения (10 ...I04) [83]. Упругопластичеокое деформирование может происходить как при нормальной, так и при повышенной температуре, постоянной или изменяющейся во времени. В последнем случае говорят о неизотермической малоцикловой усталости.
Анализ поведения структурной модели упруго-вязкопластической среды при повторно-переменном нагружении. Новые параметры состояния материала
Структурная модель реологических свойств конструкционных материалов основана на формальном моделировании их микронеоднородности. Элемент объема среды представляется в виде набора некоторых структурных составляющих - подэлементов, которые в общем случае достаточно наделить свойством идеальной вязкости (установившейся ползучести). Реологические функции, определяющие зависимость скорости ползучести подэлемента от его напряжения, приняты подобными реологической функции материала Ф , связывающей скорость установившейся ползучести материала с напряжением и температурой. Каждый подэлемент в наборе, составляющем элемент объема среды, идентифицируется определенным значением параметра подобия Е. , Заданием подэлементам таких, довольно простых свойств удается описать поведение циклически стабильных (или стабилизирующихся, то есть, пришедших в циклически стабильное состояние после ряда начальных циклов неупругого деформирования) материалов. Практически для описания деформационного поведения модели достаточно располагать следующими механическими характеристиками материала: модулем упругости при сдвиге G. и предельной упругой деформацией 71 , определенной по диаграмме быстрого деформирования, а также двумя функциями - реологической Ф и функцией распределения параметра Ї по подэлементам. Такое распределение может быть задано несколькими способами: с использованием плотности распределения У(2) » интегрального распределения Р(2) Гу(2 )ІЇ2 t либо (что оказыва-ется наиболее удобным для описания поведения структурной модели.
Порядок расчета накопления усталостного повреждения
Оценка малоцикловой прочности элемента конструкции производится путем расчета процесса повреждаемости в каждой из рассматриваемых точек объекта (при этом, как обычно, предполагается, что накопление повреждения в точке зависит только от локальных значений параметров состояния). Моменту образования макротрещины отвечает достижение параметром со своего критического значения хотя бы в одной из рассматриваемых точек, В свою очередь, в общем случае расчет накопленного повреждения в точке при известных законах T(tJ для элемента объема и PxiW , Q lty для главных направлений данного элемента сводится к интегрированию уравнений (2.35) в пределах знакопеременной части цикла деформирования. Последние две зависимости определяются в процессе расчета кинетики неупругого деформирования, который, таким образом, является составным элементом методики расчета долговечности Г63, 80, 90] .
Заметим, что сделанное при формулировании уравнения состояния допущение об отсутствии влияния повреждения на деформационные свойства материала позволяет определять поля деформации и повреждения как параллельно (в процессе пошагового расчета кинетики), так и последовательно. В ряде случаев стадия стабилизации циклического деформирования слабо влияет на величину накопленного к моменту разрушения повреждения. При таком условии расчет повреждаемости может быть произведен на основе заранее полученных параметров стабильного цикла деформирования Р(р) , Т(Р) как и прежде, р и р упругая и неупругая составляющие деформации. Для определения необходимых параметров может использоваться, например, метод прямого расчета стационарного цикла E8J. Если предполагается применение варианта модели с кусочно-постоянной аппроксимацией функции повреждаемости, и в цикле отсутствует резкое снижение температуры или повышение скорости нагру-жения (то есть не проявляется эффект догрузки), то зависимость Р(р) становится излишней. Вместо нее достаточно указать границы этапов пластического и вязкого деформирования по полуциклам.
